3.1.2 种群数量的变化 学案(含答案)
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1、第第 2 课时课时 种群数量的变化种群数量的变化 学习目标与核心素养 1.对比种群数量的“J”型和“S”型增长, 培养建模及运用模型分析 问题的能力。2.阐释种群数量变化在实践中的应用,养成学以致用的态度。3.探究酵母菌种群 大小的动态变化,培养对实验结果的分析与评价能力。 一、种群数量增长的数学模型及影响其种群数量波动的因素 1种群数量增长的数学模型 (1)建立数学模型:主要包括表达与验证两个过程。 表达就是根据建模的目的和掌握的信息(如数据、现象),将实际问题转换成数学问题,用 数学语言确切地表述出来。 验证就是用现实对象的信息检验得到的解答,以确认结果的正确性。 (2)“J”型曲线 含义
2、:在环境资源不受限制的理想条件下,种群内的个体数量连续增长,形成的曲线形状 像字母“J”,如右图。 理想条件:食物充裕、空间充足、气候适宜和没有敌害等。 影响种群数量变化的主要因素:出生率、死亡率和起始种群的个体数量 3 个因素。 后代中第 t 代的数量表示为:NtN0t,其中 N0表示种群的起始数量, 表示该种群数量是 前一年种群数量的倍数。 (3)“S”型曲线 含义:在自然界中,由于受到环境条件和生物自身因素的限制,种群个体数量的增长曲线 形状像字母“S”,如下图。 特点:种群内个体数量达到环境条件所允许的最大值(K 值)时不再增加。 对“S”型曲线的分析 .a 点之前是生物对环境的适应期
3、,此时期种群数量增长较慢的原因是个体数量少,因此增 长速率很小。 .ab 段是快速增长期,种群数量快速增长,K 2时增长速率达到最大,此时食物、空间相对充 裕,天敌数量少。 .bc 段:随着种群数量的增加,个体间因食物、空间和其他生活条件的争夺而导致种内斗争 加剧;达到 K 值时,种群的出生率等于死亡率,种群数量保持相对稳定。 应用 .若要消灭老鼠,应增大环境阻力,降低 K 值(或环境容纳量)。 .若要保护濒危动植物,应提高 K 值(或环境容纳量),降低环境阻力。 .若要防治害虫,应该在 a 点之前采取措施,原因是控制害虫数量务必要及时,严防种群数 量达到K 2,最好在 a 点以前就采取相应措
4、施。 .若要从池塘中持续获取鱼类资源,应采取的措施是鱼类捕捞后的种群数量维持在K 2,以保 证持续获取高产量。 2影响种群数量波动的因素 (1)环境因素 在自然界中,如气候、食物、天敌、疾病等因素都会使种群数量发生波动。 在某些不利的条件下,种群会急剧衰退,甚至灭亡,这种情况最易出现在个体大、出生率 低、生长慢、成熟晚的生物种群中。 (2)人为干扰:如在人类过度捕猎、种群栖息地遭到破坏的情况下,某些动物种群数量会出现 长期下降,严重时甚至会出现种群灭亡。 归纳总结 种群增长的“J”型曲线和“S”型曲线比较 项目 “J”型曲线 “S”型曲线 前提条件 环境资源无限 环境资源有限 种群增长率 保持
5、稳定 随种群密度上升而下降 图像模型 种群增长速率 K 值 无 K 值 种群数量在 K 值上下波动 联系 “J”型增长曲线 环境阻力“S”型增长曲线 例 1 (2018 哈尔滨师范大学附属中学期中)如图中甲、 乙分别表示种群在理想环境中和有环 境阻力条件下的增长曲线,下列有关种群数量增长曲线的叙述正确的是( ) A图甲为“J”型增长曲线,每年增加的个体数量始终不变 B图乙为“S”型增长曲线,G 点时增长速率达到最大值 C防治蝗灾应在害虫数量达到 F 点时进行 D渔业捕捞后的剩余量应该在 E 点左右 答案 D 解析 图甲为“J”型曲线,种群个体数量呈指数增长,A 项错误;图乙为“S”型曲线,G
6、点时种群数量达到最大值,出生率与死亡率接近于等值,种群增长速率为 0,B 项错误;防 治蝗灾应在害虫数量达到K 2之前进行,C 项错误;渔业捕捞后的剩余量应该在 E 点左右,以 保持最高的种群增长速率,D 项正确。 方法技巧 K 值的不同表示方法 图中 A、B、C、D 时间所对应的种群数量均为 K 值,A、C、D时间所对应的种群数 量均为K 2值。 例 2 (2018 陕西榆林一中期中)研究人员调查了 8 年间某养兔场兔子种群数量的变化情况, 并据此绘制了如图所示的 值变化曲线,以下叙述错误的是( ) A第 46 年兔的种群数量保持相对稳定 B第 24 年兔的种群数量逐年下降 C第 68 年兔
7、的种群数量逐年上升 D第 8 年兔的种群密度大于刚开始的种群密度 答案 D 解析 第 46 年,1,种群的增长率0,兔种群数量基本不变,A 项正确;第 24 年, 0,兔的种群数量逐年上升,C 项正确;若刚开始的种群密度为 N0,由题图可知,第 1 年 的种群密度为 0.5N0,第 2 年的种群密度为 0.50.5N00.25N0,同理,第 8 年种群密度为 0.25N00.751.01.01.01.251.50.35N0,即第 8 年兔的种群密度小于刚开始的种群 密度,D 项错误。 核心素养 本题体现的核心素养是科学思维,通过建立曲线模型,深入理解种群“J”型和 “S”型增长的特点。 易错辨
8、析 增长率、增长速率、 值的辨析 (1)增长率(单位时间内增长的数量/初始数量)100%(现有个体数原有个体数)/(原有个 体数增长时间)100%。 在“J”型曲线中增长率不变; 在“S”型曲线中增长率逐渐减小。 (2)增长速率单位时间内增长的个体数量(现有个体数原有个体数)/增长时间100% (出生数死亡数)/增长时间100%。在“J”型曲线中种群增长速率不断增大;在“S” 型曲线中种群增长速率先增大,在K 2时达到最大,然后逐渐减小。 (3) 值为某时段结束时种群数量为初始数量的倍数,而非增长率。 二、探究酵母菌种群大小的动态变化 1材料选择:酵母菌繁殖速度快、个体小,作为研究种群数量变化
9、的材料,容易建立具有代 表意义的数学模型。 2实验原理 (1)可用液体培养基(培养液)培养酵母菌,培养基中种群的增长受培养液的成分、空间、pH、 温度等因素的影响。 (2)在理想的无限环境中,酵母菌种群的增长呈“J”型曲线;在有限的环境中,酵母菌种群 的增长呈“S”型曲线。 (3)可采用血球计数板的方法,进行显微镜计数。 3提出问题:培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的? 4作出假设:培养液中的酵母菌数量在开始一段时间呈“J”型增长,随着时间推移,由于 营养物质的消耗、有害代谢产物的积累、pH 的改变,酵母菌数量呈“S”型增长。 5探究步骤 (1)用天平称量 0.1 g 活性干酵母, 放
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