成才之路 生物,路漫漫其修遠兮 吾將上下而求索,人教版 必修3,種群和群落,第四章,第2節(jié) 種群數(shù)量的變化,第四章,1嘗試建立數(shù)學模型解釋種群的數(shù)量變化。 2活動建議。 情境導入： 探究培養(yǎng)液中酵母種群數(shù)量動態(tài)變化。,這些種群的數(shù)量有的增加，有的減少，是處于一個怎么樣的狀態(tài)的呢？那這些變化是怎么樣發(fā)展的呢？有沒有什么規(guī)律呢？我們能不能找到規(guī)律呢？ 學習目標： 1說明建構(gòu)種群增長模型的方法。 2通過探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化，嘗試建構(gòu)種群增長的數(shù)學模型。(難點) 3用數(shù)學模型解釋種群數(shù)量的變化。(重點) 4關注人類活動對種群數(shù)量變化的影響。,一、構(gòu)建種群增長模型的方法數(shù)學模型 1研究方法或步驟：觀察研究對象，提出問題作出_根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適當?shù)腳形式對事物的性質(zhì)進行表達進一步實驗或觀察，對模型進行_。 2表達形式：(1)數(shù)學方程式；(2)_圖。,合理的假設,數(shù)學,檢驗或修正,曲線,時間,種群數(shù)量,食物和空間,一定的倍數(shù),三、種群增長的“S”型曲線,趨于穩(wěn)定,有限的,加劇,增加,降低,增高,環(huán)境容納量,種群最大數(shù)量,環(huán)境容納量,四、種群數(shù)量的波動和下降 1影響因素 (1)自然因素：如_、食物、_、傳染病等。 (2)人為因素：種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，砍伐森林，獵捕動物，環(huán)境污染等。 2數(shù)量變化：大多數(shù)種群的數(shù)量總是在_中，在不利條件下，種群的數(shù)量還會急劇下降甚至消亡。 3研究意義：有害動物的防治、野生生物資源的_，瀕危動物種群的拯救和恢復。,氣候,天敵,波動,保護和利用,1.數(shù)學模型 (1)定義：用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學形式。 (2)類型：數(shù)學方程式、坐標曲線圖等。 2建立數(shù)學模型的一般步驟和實例,建構(gòu)種群增長模型的方法,1.“J”型增長的數(shù)學模型 (1)模型假設：在食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害等條件下，種群的數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長，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)量為：NtN0t。 (3)模型中各參數(shù)的意義：N0為該種群的起始數(shù)量，t為時間，Nt表示t年后該種群的數(shù)量，表示該種群數(shù)量是一年前種群數(shù)量的倍數(shù)。,種群增長的“J”型曲線,種群增長的“S”型曲線,3建立模型 (1)對“S”型曲線的分析 “S”型曲線的變化是逐漸的、平滑的，而不是驟然的。 種群數(shù)量達到K值后并不是一成不變的，而是圍繞K值上下波動。 (2)K值：即環(huán)境容納量，是指在環(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。種群數(shù)量達到最大值(K值)以后保持相對穩(wěn)定。,4應用 (1)為了保護生物資源不受破壞，并能持續(xù)地獲得最大捕獲量，根據(jù)種群增長的“S”型曲線，應該在種群數(shù)量略大于K/2時進行捕獲。 (2)為保護大熊貓，應提高其環(huán)境容納量，如建立自然保護區(qū)等。 (3)為控制有害動物，應降低其環(huán)境容納量，如養(yǎng)殖蝗蟲的天敵雞、鴨、鵝等。,5種群增長的“J”型曲線和“S”型曲線的比較,想一想種群增長速率與種群數(shù)量間存在怎樣的關系？ 提示：增長速率與種群數(shù)量不是一個概念，只要增長速率為正值，種群數(shù)量就在增加；增長速率為零，種群數(shù)量恒定不變；增長速率為負值時，種群數(shù)量應下降。,種群在理想環(huán)境中，呈“J”型曲線增長(如下圖中甲)；在有環(huán)境阻力條件下，呈“S”型曲線增長(如下圖中乙)。下列有關種群增長曲線的敘述正確的是( ),C若該圖表示蝗蟲種群增長曲線，則蟲害的防治必須在c點進行 DK值是環(huán)境容納量，不隨環(huán)境的變化而變化 解析 “J”型曲線和“S”型曲線的交叉陰影部分是環(huán)境阻力的影響，因此環(huán)境阻力應該出現(xiàn)在c點之后。防治害蟲越早越好，當?shù)絚點時，是蝗蟲繁殖速率最快的時候，這個時候防治效果甚微，應該在b點之前防治。K值是環(huán)境容納量，會隨環(huán)境改變而改變。 答案 A,如圖所示某種小型淡水魚遷入新的湖泊后種群增長速率隨時間變化的曲線，根據(jù)該曲線可以得出( ) At3時該種小型淡水魚的年齡組成為衰退型 Bt4時該種小型淡水魚在新環(huán)境中逐漸消失 C該種小型淡水魚在新的環(huán)境中呈“J”型增長 D該種魚在新湖泊中的環(huán)境容納量約為t2時該魚數(shù)量的兩倍,答案 D 解析 t3時種群的增長速率已經(jīng)由最大逐漸變小，但種群數(shù)量仍然是在增長，因此該種小型淡水魚的年齡組成為增長型。t4時種群的增長速率為0，該種小型淡水魚在新環(huán)境中數(shù)量達到了最大值(K值)，此時種群的出生率等于死亡率，種群比較穩(wěn)定。從該種群增長速率隨時間變化的曲線可知，該種小型淡水魚在新的環(huán)境中呈“S”型增長。t2時種群的增長速率為最大，種群的數(shù)量為K/2。,(1)在自然界中，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)量總是在波動中。 (2)在不利的條件下，種群數(shù)量還會急劇下降甚至滅絕。如第二次世界大戰(zhàn)時，捕鯨業(yè)停了下來，鯨的數(shù)量恢復到較高的水平。戰(zhàn)后捕鯨船的噸位不斷上升，鯨的捕獲量越來越大，導致許多鯨的種群數(shù)量急劇下降，有的鯨瀕臨滅絕。,種群數(shù)量的波動和下降,(3)種群數(shù)量的變化主要是由遷入率和遷出率、出生率和死亡率引起的。所以凡是影響到出生率和死亡率、遷入率和遷出率的因素都可影響種群數(shù)量的變化，如氣候、食物、被捕食、傳染病等。 (4)研究種群的變化規(guī)律以及影響種群數(shù)量變化的因素，對于有害動物的防治，野生生物資源的保護利用，以及瀕危動物種群的拯救和恢復，都有著重要意義。,(1)同一種生物的K值不是固定不變的，會受到環(huán)境的影響。在環(huán)境不遭受破壞的情況下，種群數(shù)量會在K值附近上下波動；當種群數(shù)量偏離K值時，會通過負反饋調(diào)節(jié)機制使種群數(shù)量回到一定范圍內(nèi)。 (2)環(huán)境遭受破壞，K值會下降(如防蟲、防鼠等)；當生物生存的環(huán)境改善時，K值會上升(如養(yǎng)殖業(yè)和野生生物的保護等)。,如圖為自然環(huán)境中生物種群數(shù)量變化曲線，下列有關敘述錯誤的是( ),Acd段波動主要是因為出生率和死亡率變動所致 B“竭澤而漁”會使魚蝦數(shù)量下降至b以下，使生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展停滯甚至崩潰 C滅鼠時如果僅殺死一半老鼠，可能效果適得其反 D自然界中生物的環(huán)境容納量只能在一定范圍內(nèi)波動，不會被突破,解析 cd段種群數(shù)量曲線圍繞最大值K值上下波動，是由于出生率和死亡率變動所致。針對圖像的特征，捕魚、采伐等的時機應選擇在K/2值(即圖像中的b點)以上，如果捕殺老鼠至一半時，老鼠反而會大量增長。在一個特定環(huán)境中K值基本是穩(wěn)定的，但是如果環(huán)境發(fā)生了很大的變化，K值也會被突破，并且會隨著環(huán)境的改變而改變。如建立大熊貓自然保護區(qū)，改善大熊貓的生存環(huán)境，從而提高環(huán)境容納量。 答案 D,某生態(tài)系統(tǒng)中生活著多種植食性動物，其中某一植食性動物種群個體數(shù)量的變化如圖所示。若不考慮該系統(tǒng)內(nèi)生物個體的遷入與遷出，下列關于該種群個體數(shù)量變化的敘述，錯誤的是( ),A若A點時環(huán)境因素發(fā)生變化，但食物量不變，則A點以后個體數(shù)量變化不符合“S”型增長 B若該種群出生率提高，個體數(shù)量的增加也不會大幅走過B點 C天敵的大量捕食會導致該種群個體數(shù)量下降，下降趨勢與BC段相似 D年齡結(jié)構(gòu)變動會導致該種群個體數(shù)量發(fā)生波動，波動趨勢與CD段相似,答案 A 解析 從圖中個體數(shù)量隨季節(jié)的變化在K值附近波動可以看出，該生態(tài)系統(tǒng)是一個相對穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，具有一定的自我調(diào)節(jié)能力，當外界環(huán)境改變、出生率和死亡率變化、天敵捕食、年齡結(jié)構(gòu)變動時，種群個體數(shù)量還是在K值附近波動，所以A點的環(huán)境因素發(fā)生變化時，個體數(shù)量變化還是符合“S”型增長的。,1.實驗原理 (1)酵母菌屬兼性厭氧型微生物，有氧氣時產(chǎn)生二氧化碳和水，無氧氣時產(chǎn)生二氧化碳和酒精。 (2)用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)酵母菌，種群的增長受培養(yǎng)液的成分、空間、pH、溫度等因素的影響。 (3)在理想的無限環(huán)境中，酵母菌種群的增長呈“J”型曲線；在有限的環(huán)境下，酵母菌種群的增長呈“S”型曲線；在不補充營養(yǎng)物質(zhì)的情況下，酵母菌的增長呈“幾”型曲線。,探究培養(yǎng)液中的酵母菌種群數(shù)量的變化,2探究步驟 (1)將10 mL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)每天抽取計數(shù)酵母菌的數(shù)量。用顯微鏡計數(shù)，估算10 mL酵母菌的初始種群數(shù)N0，然后連續(xù)觀察7天，記錄每天的數(shù)值。結(jié)果的記錄可設計下面的表格：,3.計數(shù)過程的注意事項 (1)首先在從試管中吸取培養(yǎng)液前，需將試管輕輕振蕩幾次，目的是使培養(yǎng)液中的酵母菌均勻分布，減小誤差。 (2)若取出的液體中酵母菌密度過大，可以增加稀釋倍數(shù)。 (3)計數(shù)時先將蓋玻片放在計數(shù)室上，將培養(yǎng)液滴于蓋玻片邊緣，讓培養(yǎng)液自行滲入。 (4)用顯微鏡計數(shù)時，對于壓在小方格界線上的酵母菌，應只計數(shù)相鄰兩邊及其頂角的酵母菌(類似于“樣方法”)。,根據(jù)實驗結(jié)果判斷，以下敘述正確的是 ( ) A培養(yǎng)5小時后，酵母菌種群密度增加200倍左右 B探究酵母菌的種群數(shù)量變化可以用標志重捕法 C用血球計數(shù)板計數(shù)酵母菌數(shù)量時只統(tǒng)計方格內(nèi)菌體 D培養(yǎng)5小時后，酵母菌種群數(shù)量已經(jīng)達到K值 解析 用血球計數(shù)板計數(shù)時，除統(tǒng)計方格內(nèi)菌體外還要統(tǒng)計相鄰兩邊及其頂角上的菌體，5小時前每個小格內(nèi)約有5個菌體，而5小時后每個小格內(nèi)約有10個菌體，但這是在稀釋100倍后的值，所以5小時內(nèi)種群密度增加200倍，此時酵母菌種群數(shù)量是否達到K值無法判斷。 答案 A,為了探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化，某同學進行了如下操作，其中錯誤的是( ) A將適量干酵母放入裝有一定濃度葡萄糖溶液的錐形瓶中，在適宜條件下培養(yǎng) B將培養(yǎng)液振蕩搖勻后，用吸管從錐形瓶中吸取一定量的培養(yǎng)液 C在血細胞計數(shù)板中央滴一滴培養(yǎng)液，蓋上蓋玻片，并用濾紙吸去邊緣多余培養(yǎng)液 D將計數(shù)板放在載物臺中央，待酵母菌沉降到計數(shù)室底部，在顯微鏡下觀察，計數(shù),答案 C 解析 酵母菌在培養(yǎng)時一般用葡萄糖作為培養(yǎng)液，在計數(shù)取液時一定要搖勻后才能吸??；應該讓培養(yǎng)液自行滲入到計數(shù)室，而不是滴在計數(shù)板的中央。,圖乙中A、B兩圖中能反映魚種群數(shù)量的變化曲線的是_。 這種魚在t2時期后，種群數(shù)量不再增加，其主要原因是_。 在t1時該種群的年齡組成可能為_型。 (2)一般野生動植物種群的數(shù)量控制在環(huán)境容納量的一半(即K/2)，此時種群_最快，可提供的資源數(shù)量也最多，而又不影響資源的再生，當種群數(shù)量大于K/2時種群的_開始下降。,所以在開發(fā)動植物資源時，種群數(shù)量大于K/2時就可以獲取一定數(shù)量的該生物資源，而且獲得的量_，當過度獲取導致種群數(shù)量小于K/2時，種群的增長速率將會減慢，獲取的資源數(shù)量將減少，而且還會影響資源的再生。 答案 (1)B 種內(nèi)斗爭加劇和捕食者增加，種群的出生率與死亡率處于平衡狀態(tài)，種群數(shù)量不再增加 增長 (2)增長速率 增長速率 最大,如圖：一個大方格的容積為0.1mm3，每個大方格又分為16個中方格，共有2516個小方格(如圖b)。 (2)用計數(shù)公式計算1mL菌液中的總菌數(shù)，設四個中方格中的總菌數(shù)為A，稀釋倍數(shù)為B，由于1mL1000mm3，所以1mL菌液的總菌數(shù)A/41610000B40000AB。,一、選擇題 1下列關于種群數(shù)量變化的敘述中，不正確的是( ) A在理想條件下，種群數(shù)量增長的數(shù)學模型為：NtN0t B一個物種引入新的地區(qū)后，一定呈“J”型增長 C對家鼠等有害動物的控制，要盡量降低其K值 D一個呈“S”型增長的種群，數(shù)量在K/2左右時增長速率最大 答案 B,解析 種群數(shù)量的變化受多種因素的影響，如氣候、食物、天敵、傳染病等，一個物種引入新的地區(qū)后，可能不適應環(huán)境的變化而被淘汰，也可能因環(huán)境優(yōu)美、缺少天敵而呈“J”型增長；對于呈“S”型增長的生物種群來說，增長速率最大時，種群的數(shù)量在K/2左右。,答案 D 解析 在營養(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。由于該細菌每20 min繁殖一代，則T h后，繁殖3T代，故T h后，該種群的個體總數(shù)為NtN0tm23T。,3建立數(shù)學模型的一般步驟是( ) A提出假設觀察研究對象用數(shù)學形式對事物的性質(zhì)進行表達檢驗和修正 B觀察研究對象提出合理的假設檢驗和修正用數(shù)學形式對事物的性質(zhì)進行表達 C觀察研究對象提出合理的假設用數(shù)學形式對事物的性質(zhì)進行表達檢驗和修正 D觀察研究對象用數(shù)學形式對事物的性質(zhì)進行表達檢驗和修正提出合理的假設,答案 C 解析 建立數(shù)學模型一般包括以下步驟：首先，觀察研究對象并分析、研究實際問題的對象和特點，提出問題；其次，選擇具有關鍵性作用的基本數(shù)量并確定其相互關系，提出合理的假設；再次，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適當?shù)臄?shù)學形式對事物的性質(zhì)進行表達，建立數(shù)學模型；最后，一般要通過進一步實驗或觀察等，對模型進行檢驗和修正。,4.右圖表示某物種遷入新環(huán)境后，種群增長速率隨時間的變化關系。在第10年時經(jīng)調(diào)查該種群數(shù)量為100只，估算該種群在此環(huán)境中的環(huán)境容納量約為( ) A50只 B100只 C150只 D200只 答案 D,5下圖所示為在理想狀態(tài)下和自然環(huán)境中某生物的種群數(shù)量變化曲線。下列對陰影部分的解釋正確的是( ) 環(huán)境中影響種群增長的阻力 環(huán)境中允許種群增長的最大值 其數(shù)量表示種群內(nèi)遷出的個體數(shù) 其數(shù)量表示被淘汰的個體數(shù) A B C D,答案 C 解析 “J”型曲線表示理想條件下種群數(shù)量，“S”型曲線表示條件有限情況下種群數(shù)量，陰影部分從環(huán)境角度講表示環(huán)境中影響種群增長的阻力，從數(shù)量角度講表示通過生存斗爭被淘汰的個體數(shù)。,6自然界中生物種群增長常表現(xiàn)為“S”型增長曲線。下列有關種群“S”型增長的說法正確的是( ) A“S”型增長曲線表示了種群數(shù)量和食物的關系 B種群增長率在各階段是不同的 C“S”型增長曲線表示了種群數(shù)量與時間無關 D種群增長率不受種群密度制約 答案 B,解析 當種群在一個有限的環(huán)境中增長時，隨著種群密度的上升，個體間對有限的空間、食物和其他生活條件的種內(nèi)斗爭加劇，以該種群生物為食物的捕食者的數(shù)量會增加，這就會使這個種群的出生率降低，死亡率增高，從而這個物種數(shù)量的增長率下降，該種群數(shù)量將停止增長而保持相對穩(wěn)定?？梢姺N群增長率在各階段是不相同的。,二、非選擇題 7如圖是一個動物種群遷入一個適宜環(huán)境后的增長曲線，請據(jù)圖回答： (1)圖中的增長曲線是_型。 (2)圖中表示種群增長速度最快的點是_，表示K值的點是_。,(3)若既要獲得最大的捕獲量，又要使該動物資源的更新不受破壞，應該使該動物種群的數(shù)量保持在曲線的_點。 (4)遷入第2年后，該種群數(shù)量增長明顯加快的原因主要是_。 (5)第8年后，種群數(shù)量趨于穩(wěn)定，阻礙種群繼續(xù)增長的環(huán)境因素主要有：_。 答案 (1)“S” (2)b點 d點 (3)b (4)適應了環(huán)境，且食物、空間充足、天敵少等 (5)食物、空間、天敵等,(4)根據(jù)種群變動的曲線，解釋投藥滅鼠在短期內(nèi)能控制鼠害，但很快又會鼠災泛濫的原因。_。 對此，應采取哪些有效措施？_。 答案 (1)無環(huán)境阻力 (2)有環(huán)境阻力 由于環(huán)境阻力，導致種群個體數(shù)實際增長與理論值的差異 生存斗爭 (3)由于食物短缺等因素的限制，種群達到環(huán)境負荷量以后，在一段時間內(nèi)相對穩(wěn)定 (4)老鼠種群的抗藥性增強；毒殺一部分個體，剩余的個體數(shù)目在環(huán)境負荷量以下，會以指數(shù)式增長，很快會恢復到原來數(shù)量 原則上是降低環(huán)境負載能力，無污染，具有可行性。例如：嚴密封儲糧食；清除生活垃圾；生物防治，保護老鼠天敵等(其他方法，符合以上原則均可),1(2015廣東，4)如圖表示在一個10 mL封閉培養(yǎng)體系中酵母細胞數(shù)量的動態(tài)變化。關于酵母細胞數(shù)量的敘述，正確的是( ),A種內(nèi)競爭導致初始階段增長緩慢 B可用數(shù)學模型NtN0t表示 C可用取樣器取樣法計數(shù) DK值約為120 000個 答案 D 解析 初始階段酵母菌需要適應新環(huán)境，種內(nèi)斗爭幾乎不存在，A錯誤；由題干密閉條件可知，在一定時間內(nèi)該種群數(shù)量變化為“S”增長，不適用“J”型增長的模型，B錯誤；培養(yǎng)液中酵母菌的密度用抽樣檢測法調(diào)查，C錯誤；由圖1可知，該種群數(shù)量從45 h后基本維持在120 000個穩(wěn)定不變，因此可判斷該種群的K值為120 000，D正確。,2(2014福建，3)研究人員用樣方法調(diào)查了某地北點地梅(一年生草本植物)的種群數(shù)量變化，結(jié)果如圖所示。下列敘述正確的是( ),A1972年北點地梅個體間生存斗爭程度較1975年低 B1971年種子萌發(fā)至幼苗階段的死亡率高于幼苗至成熟植株階段 C統(tǒng)計種群密度時，應去掉采集數(shù)據(jù)中最大、最小值后取平均值 D由于環(huán)境條件的限制，5年間該種群數(shù)量呈“S”型增長 答案 B,解析 分析圖示曲線可知，1972年北點地梅種群密度比1975年的大，個體間生存斗爭也大，A錯誤；橫坐標為種群密度(表示單位面積的個體數(shù))縱坐標為時間，而死亡率可看成單位個體數(shù)在單位時間死亡的個體數(shù)，從圖中數(shù)據(jù)可知1971年種子萌發(fā)至幼苗階段的死亡率高于幼苗至成熟植株階段，B正確；統(tǒng)計種群密度時，不應舍棄所得數(shù)據(jù)，C錯誤；從圖中5年數(shù)據(jù)可看出，種群密度每年都在下降，D錯誤。解答此類問題關鍵是認真審圖，提取準確信息：1、種群密度越大，種內(nèi)斗爭越激烈；樣方法統(tǒng)計數(shù)據(jù)時應取所有數(shù)據(jù)的平均數(shù)。,