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2019-2020年高中生物 第三章 第17課時 種群數(shù)量的變化課時作業(yè) 新人教版必修3 【目標(biāo)導(dǎo)航】　1.概述建構(gòu)種群增長模型的方法。2.說出種群數(shù)量變化的兩種類型。 3.解釋種群數(shù)量的波動類型及其原因。4.探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化。 一、建構(gòu)種群增長模型 1．?dāng)?shù)學(xué)模型：用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。 思考　生物學(xué)中描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)時，除用數(shù)學(xué)模型外，還有哪些模型？ 提示　物理模型、概念模型。 提出合理的假設(shè)→提出合理的假設(shè)→用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式表達(dá)→檢驗或修正。 3．?dāng)?shù)學(xué)模型的表達(dá)形式 (1)數(shù)學(xué)方程式：優(yōu)點是科學(xué)、準(zhǔn)確。 (2)曲線圖：優(yōu)點是直觀。 二、種群數(shù)量的增長、波動和下降 1．種群增長的“J”型曲線 (1)含義：理想條件下的種群，以時間為橫坐標(biāo)，種群數(shù)量為縱坐標(biāo)畫出的曲線圖，大致呈“J”型。 (2)數(shù)學(xué)模型 ①模型假設(shè) a．條件：食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有天敵等。 b．?dāng)?shù)量變化：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λ倍。 ②建立模型：t年后種群數(shù)量表達(dá)式為Nt＝N0λt。 2．種群增長的“S”型曲線 (1)含義：在有限條件下，種群經(jīng)過一定時間的增長后，數(shù)量趨于穩(wěn)定的增長曲線，呈“S”型。 (2)產(chǎn)生條件 自然資源和空間 中內(nèi)斗戰(zhàn)加劇 出生率降低 有限，種群密度增長→ 天敵增加 → 死亡率升高 →達(dá)到平衡 (3)環(huán)境容納量 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，又稱“K值”。 3．種群數(shù)量的波動和下降 (1)影響因素 ①自然因素：氣候、食物、天敵、傳染病等。 ②人為因素：人類活動的影響。 (2)數(shù)量變動 大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動中，在不利的條件下，種群數(shù)量還會急劇下降甚至消亡。 (3)研究意義 對有害動物的防治、野生生物資源的保護(hù)和利用以及瀕危動物種群的拯救和恢復(fù)。 三、探究“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化” 1．原理 (1)酵母菌可以用液體培養(yǎng)基(培養(yǎng)液)來培養(yǎng)。 (2)培養(yǎng)液中酵母菌種群的增長情況與培養(yǎng)液中的成分、空間、pH、溫度等因素有關(guān)。 (3)在理想環(huán)境中，酵母菌種群的增長呈“J”型曲線；在有限環(huán)境下，其增長呈“S”型曲線。 2．目的：初步學(xué)會酵母菌等微生物的計數(shù)及種群數(shù)量變化曲線的繪制。 3．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)液中混合均勻。 (3)將試管在28℃條件下連續(xù)培養(yǎng)。 (4)每天取樣計數(shù)酵母菌數(shù)量，采用抽樣檢測方法。 (5)分析結(jié)果、得出結(jié)論：將所得數(shù)值用曲線圖表示出來，分析實驗結(jié)果，得出酵母菌種群數(shù)量變化規(guī)律。 4．注意事項 (1)顯微鏡計數(shù)時，對于壓在小方格界線上的酵母菌，應(yīng)只計數(shù)相鄰兩邊及其頂角的酵母菌。 (2)從試管中吸出培養(yǎng)液進(jìn)行計數(shù)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，減少誤差。 知識點一　數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建及應(yīng)用 1．?dāng)?shù)學(xué)模型是用來描述一個系統(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： ①根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)?、谟^察研究對象，提出問題?、弁ㄟ^進(jìn)一步實驗或觀察等，對模型進(jìn)行檢驗或修正?、芴岢龊侠淼募僭O(shè) 下列排列順序正確的是(　　) A.①②③④ B.②④①③ C.④①②③ D.③①②④ 答案　B 解析　建立數(shù)學(xué)模型的大致過程有以下幾個步驟：第一，觀察研究對象并提出問題；第二，提出合理的假設(shè)；第三，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)，建立數(shù)學(xué)模型；第四，通過進(jìn)一步實驗或觀察等，對模型進(jìn)行檢驗或修正。 2．在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某細(xì)菌每20 min 就通過分裂繁殖一代，經(jīng)過72 h后，由一個細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌量是(　　) A．272 B．2216 C．262 D．232 答案　B 解析　根據(jù)Nt＝N0λt，λ＝2，t為繁殖的次數(shù)，每20 min繁殖一代，72 h共繁殖＝216次。 知識點二　種群數(shù)量增長曲線及其意義 3．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(guān)種群“S”型增長曲線的說法，正確的是(　　) A．“S”型增長曲線表示了種群數(shù)量和食物的關(guān)系 B．“S”型增長曲線表示了種群數(shù)量與時間無關(guān) C．種群增長在各階段是不相同的 D．種群增長不受種群密度制約 答案　C 解析　種群的“S”型增長曲線是指種群在一個有限環(huán)境中由于空間、食物和其他生活條件影響，隨種群密度的增加，種內(nèi)斗爭和種間競爭加劇而出現(xiàn)的“S”型增長曲線。由于種群數(shù)量受環(huán)境條件的影響，在不同時間有所不同，因而其增長曲線在不同階段各不相同。 4．如圖為某種群數(shù)量增長曲線，有關(guān)敘述不正確的是(　　) A．改善空間和資源條件有望使K值提高 B．BC段種群增長速率逐漸下降，出生率小于死亡率 C．B到C變化過程中，其天敵數(shù)量將會增加 D．曲線表明自然狀態(tài)下種群數(shù)量最終會相對穩(wěn)定 答案　B 解析　K值即環(huán)境容納量，若環(huán)境變的更適宜生存，則K值會變大；BC段種群增長率逐漸下降，但一直是在增長，所以出生率大于死亡率；由于該種群數(shù)量增多，其天敵的食物增多，故天敵數(shù)量也增多；種群在K/2時增長速率最大，自然狀態(tài)下種群數(shù)量最終會在K值附近波動。 知識點三　“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”實驗的應(yīng)用 5．在一定量的酵母菌培養(yǎng)液中放入活酵母菌若干，抽樣鏡檢，如圖甲所示(圖中小點代表酵母菌)。將容器放在適宜溫度下恒溫培養(yǎng)5小時后，稀釋100倍，再抽樣鏡檢，如圖乙所示。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(biāo)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(dá)到K值 答案　A 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小時后每個小方格內(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(dá)到K值無法判斷。 基礎(chǔ)落實 1．下列關(guān)于種群數(shù)量變化的敘述中，錯誤的是(　　) A．種群數(shù)量的變化包括增長、波動、穩(wěn)定和下降等 B．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 C．在自然界中，種群的增長一般是“J”型曲線 D．在自然界中，種群的增長一般是“S”型曲線 答案　C 解析　自然界中種群的增長形式一般呈“S”型曲線，因為自然界中的食物和空間有限，當(dāng)種群數(shù)量增加時，種內(nèi)斗爭會加劇，以該生物為食的生物也會增加，會限制種群數(shù)量的進(jìn)一步增加。 2．“食人魚”是一種有極強生存能力的肉食魚類，一旦進(jìn)入自然生態(tài)水域，就會造成嚴(yán)重的生態(tài)災(zāi)難。假如該物種進(jìn)入某湖泊，下圖中的曲線能準(zhǔn)確表達(dá)其種群數(shù)量變化特點的是 (　　) 答案　A 解析　在自然界中，種群不能無限地增長，因為隨著種群數(shù)量的增加，制約因素(捕食、食物供應(yīng)、傳染病流行等)的作用也在增加。所以在自然環(huán)境中，所有生物的種群增長曲線是一個“S”型曲線。 3．在一普通的錐形瓶中，加入含有酵母菌的葡萄糖溶液，如圖所示。在以下有關(guān)坐標(biāo)圖中，不正確的是(　　) 答案　B 解析　酵母菌進(jìn)行呼吸作用，消耗葡萄糖。氧氣被消耗完后進(jìn)行無氧呼吸，產(chǎn)生酒精和二氧化碳，酒精濃度會上升，最后由于葡萄糖消耗完后不再上升，同時葡萄糖濃度下降，pH下降。 4．在種群“S”型增長曲線的數(shù)學(xué)模型中，K值不是固定不變的。下列條件會使種群K值增加的是(　　) A．地面進(jìn)行硬化后的家鼠 B．干旱環(huán)境中的東亞飛蝗 C．引入北極狐后的旅鼠 D．干旱環(huán)境中的大熊貓 答案　B 解析　題干意義在于環(huán)境的最大承載量，可因不同物種而異，也可因環(huán)境變化而改變，題中要求能使物種K值增加。地面進(jìn)行硬化后的家鼠由于生存空間和食物減少，K值下降；干旱環(huán)境中的東亞飛蝗產(chǎn)卵容易成活，出生率高，K值增大；旅鼠由于捕食者增加，K值下降；干旱環(huán)境中的大熊貓由于食物不足K值下降。 能力提升 5．某研究所調(diào)查發(fā)現(xiàn)：某種魚遷入一新的環(huán)境后，某種群數(shù)量增長速率隨時間變化的曲線如下圖所示，請分析回答： (1)在T0～T2時間內(nèi)，種群數(shù)量增長曲線呈______；若在T2時種群的數(shù)量為N，則在T1時種群的數(shù)量為______，T1時該種群的年齡組成可能為________。 (2)捕獲該魚的最佳時期是________時，原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)該魚在T2時期后，種群數(shù)量變化是__________，主要原因是____________和____________。 答案　(1)S型　N/2　增長型　(2)T1　在T1時種群增長速率最大，捕獲該魚獲得的量最大且不影響該魚類資源的再生　(3)不增加　種內(nèi)斗爭加劇　捕食者數(shù)量增加 解析　分析圖中曲線可知：T0～T2時間內(nèi)種群數(shù)量增長速率由小變大，達(dá)到最大值后又逐漸變小，因而該種群數(shù)量增長呈S型曲線；在T2時種群數(shù)量增長速率為0，此時，種群的數(shù)量為N，即為最大值，而在T1時種群數(shù)量增長速率最大，則這時種群的數(shù)量為N/2，種群年齡組成為增長型；當(dāng)種群增長速率最大時，捕獲該魚獲得的量最大且不影響該魚類資源的再生，因而此時(T1)為捕獲的最佳時期。 6．下圖是一動物種群遷入一個適宜環(huán)境后的增長曲線，請回答： (1)圖中表示的是種群增長的__________型曲線，表示K值的一點是________。 (2)圖中表示種群增長速率最快的一點是________。 (3)影響該種群增長的環(huán)境阻力明顯增大是在遷入第______年后開始的。 (4)既要獲得最大的捕獲量，又要使該動物資源的更新能力不受破壞，應(yīng)該使該動物種群的數(shù)量保持在圖中哪一點所代表的水平上？________。 (5)你認(rèn)為種群增長速度在遷入一段時間之后明顯加快的原因主要是 ________________________________________________________________________。 (6)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”　d　(2)b　(3)6　(4)b　(5)食物充足，沒有天敵　(6)食物減少，天敵增加等 解析　由圖示可以看出，該種群增長曲線呈“S”型。在有限的環(huán)境中，種群一般都是“S”型增長。當(dāng)種群數(shù)量達(dá)到環(huán)境條件所允許的最大值時，種群的數(shù)量將停止增長，或在最大值左右保持相對穩(wěn)定，該動物種群在該環(huán)境條件下的最大值是圖示曲線上的d點。該動物種群增長速率最快的一點就是曲線上斜率最大的一點b。準(zhǔn)確分析種群增長曲線上每一點所表示的含義是做此題的關(guān)鍵。曲線上每一點表示在該時間種群數(shù)量的相對值，每一點的斜率表示種群在該時間的增長速率。 【實驗探究】 7．探究酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化。 材料用具：酵母菌母液、蒸餾水、無菌水、培養(yǎng)液、燒杯、試管、滴管、量筒、漏斗、1 mL 刻度吸管、標(biāo)簽、玻璃棒、酒精燈、pH試紙、天平、計數(shù)板、恒溫箱、顯微鏡、高壓蒸汽滅菌鍋等。 探究思路： (1)設(shè)計實驗。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(xué)按下表完成了有關(guān)實驗。 試管編號 培養(yǎng)液/mL 無菌水/mL 酵母菌母 液/mL 溫度/℃ A 10 0.1 28 B 10 0.1 5 C 10 0.1 28 (2)實驗步驟：培養(yǎng)液的配制→滅菌→接種→培養(yǎng)→計數(shù)→分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。 ①取3支試管，并編號A、B、C； ②分別向A、B試管中滴加10 mL 培養(yǎng)液，________________________。 ③________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ④將試管A、C放在28C條件培養(yǎng)， ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ⑤分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。 (3)問題探討： ①請寫出該同學(xué)研究的課題名稱： ________________________________________________________________________ ________________。 ②用顯微鏡定期檢測酵母菌數(shù)目，結(jié)果僅A試管在第3天開始個體數(shù)目迅速增加，第5天開始A試管中個體數(shù)目達(dá)到最大，實驗至第6天結(jié)束時個體數(shù)基本保持穩(wěn)定。請將A、B、C三組預(yù)期結(jié)果的走勢圖繪制在下圖所示的坐標(biāo)系中。 ③A試管中培養(yǎng)的酵母菌種群增長曲線最終是否呈“S”型？為什么？ ________________________________________________________________________。 答案　(2)②向C試管中滴加10 mL 無菌水 ③向3支試管中分別滴加0.1 mL 酵母菌母液 ④將試管B放入5C條件下培養(yǎng)，并觀察計數(shù) (3)①溫度、營養(yǎng)物質(zhì)對酵母菌生長的影響 ②曲線如圖所示 ③是。A試管中溫度適宜、營養(yǎng)充分，所以在酵母菌種群增長的初期，資源接近“無限”，酵母菌表現(xiàn)出指數(shù)增長的模式；隨著種群數(shù)量的增長，由于試管中營養(yǎng)物質(zhì)的消耗和種群代謝產(chǎn)物在試管中積累，限制了種群數(shù)量的增長，其生存環(huán)境逐漸變得“有限”了，種群數(shù)量增長速率逐漸降低；當(dāng)資源被耗盡，增長速率達(dá)到最小(0)時，酵母菌數(shù)量達(dá)到最大，并在一段時間內(nèi)保持穩(wěn)定，其增長曲線總體上表現(xiàn)為“S”型。 解析　A試管中溫度適宜、營養(yǎng)充分，酵母菌種群增長將呈“S”型增長。B試管溫度太低，雖然營養(yǎng)充分，但酵母菌難以增殖。C試管中溫度適宜，但無營養(yǎng)供應(yīng)，酵母菌不僅不能增殖，反而會逐漸死亡。由于培養(yǎng)液成分一定，隨著時間的延長，培養(yǎng)的酵母菌最終會因營養(yǎng)耗盡而減少以至死亡。