資源簡介

第1章　種群及其動態(tài)
第2節(jié)　種群數(shù)量的變化（導(dǎo)學(xué)案）
學(xué)習(xí)目標(biāo) 核心素養(yǎng)
1.通過探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化等活動，嘗試建立數(shù)學(xué)模型表征和解釋種群的數(shù)量變化。2．舉例說明種群的“J”形增長、“S”形增長、波動等數(shù)量變化情況。3．闡明環(huán)境容納量原理在實踐中的應(yīng)用。 1.生命觀念：種群“S”形增長的內(nèi)容，揭示了種群數(shù)量在有限條件下通過種內(nèi)調(diào)節(jié)維持相對穩(wěn)定的機(jī)制，體現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)與平衡觀。2．科學(xué)思維：建立和運用數(shù)學(xué)模型，即用數(shù)學(xué)模型來表征、解釋和預(yù)測種群的數(shù)量變化。3．科學(xué)探究：探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化。4．社會責(zé)任：瀕危物種保護(hù)、有害動物防治。
知識梳理
知識點一　建構(gòu)種群增長模型的方法
1．?dāng)?shù)學(xué)模型
(1)概念：用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。
(2)作用：描述、解釋和預(yù)測種群數(shù)量的變化。
2．建構(gòu)方法
項目 研究方法 研究實例
提出問題 觀察研究對象，提出問題 細(xì)菌每20 min分裂一次，怎樣計算細(xì)菌繁殖n代后的數(shù)量
合理假設(shè) 提出合理的假設(shè) 在資源和生存空間沒有限制的條件下，細(xì)菌種群的增長不會受種群密度增加的影響
建立模型 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)，即建立數(shù)學(xué)模型 ①數(shù)學(xué)公式Nn＝2n(N代表細(xì)菌數(shù)量，n表示第幾代)②曲線圖
檢驗修正 通過進(jìn)一步實驗或觀察等，對模型進(jìn)行檢驗或修正 觀察、統(tǒng)計細(xì)菌數(shù)量，對自己所建立的模型進(jìn)行檢驗或修正
知識點二　種群數(shù)量變化曲線
1．種群的“J”形增長
(1)概念
自然界有類似細(xì)菌在理想條件下種群增長的形式，如果以時間為橫坐標(biāo)，種群數(shù)量為縱坐標(biāo)畫出曲線來表示，曲線則大致呈“J”形。
(2)建構(gòu)數(shù)學(xué)模型
①模型假設(shè)
食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有天敵和其他競爭物種等條件下，種群的數(shù)量每年以一定倍數(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)量為Nt＝N0λt。
③曲線圖
2．種群的“S”形增長
(1)概念：種群經(jīng)過一定時間的增長后，數(shù)量趨于穩(wěn)定，增長曲線呈“S”形。
(2)形成原因
(3)環(huán)境容納量概念：一定的環(huán)境條件所能維持的種群最大數(shù)量，又稱K值。同一種群的K值不是固定不變的，會隨著環(huán)境條件的改變而變化。
(4)種群增長速率的變化
除起點與終點外，“S”形曲線種群增長速率一直大于0。
3．實踐應(yīng)用
(1)野生大熊貓：通過建立自然保護(hù)區(qū)，改善棲息環(huán)境，從而提高環(huán)境容納量，是保護(hù)大熊貓的根本措施。
(2)有害生物的防治：降低有害生物環(huán)境容納量是防治有害生物的根本措施。
控制家鼠數(shù)量的思路和相應(yīng)具體措施
①思路：增大死亡率。具體措施：機(jī)械捕殺、藥物毒殺等。
②思路：降低出生率。具體措施：施用避孕藥、降低生殖率的激素等。
③思路：降低環(huán)境容納量。具體措施：養(yǎng)殖家貓捕食家鼠、搞好環(huán)境衛(wèi)生、硬化地面、安全儲藏食物等。
4．種群數(shù)量的波動
(1)波動
在自然界，有的種群能夠在一段時期內(nèi)維持?jǐn)?shù)量的相對穩(wěn)定。但對于大多數(shù)生物的種群來說，種群數(shù)量總是在波動中。處于波動狀態(tài)的種群，在某些特定條件下可能出現(xiàn)種群爆發(fā)。
(2)下降
①當(dāng)種群長久處于不利條件下，如遭遇人類亂捕濫殺和棲息地破壞，種群數(shù)量會出現(xiàn)持續(xù)性的或急劇的下降。
②種群的延續(xù)需要有一定的個體數(shù)量為基礎(chǔ)。當(dāng)一個種群的數(shù)量過少，種群可能會由于近親繁殖等原因而衰退、消亡。
知識點三　探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化
1．提出問題：培養(yǎng)液中酵母菌種群的數(shù)量是怎樣隨時間變化的？
2．材料用具：酵母菌、無菌馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液、試管、血細(xì)胞計數(shù)板、滴管、顯微鏡等。
3．實驗步驟
4．實驗結(jié)果分析
酵母菌增長數(shù)量曲線圖(如圖1)及酵母菌增長速率曲線圖(如圖2)
增長曲線的總趨勢是先增加再降低。原因是在開始時培養(yǎng)液的營養(yǎng)充足，空間充裕，條件適宜，因此酵母菌大量繁殖，種群數(shù)量劇增，隨著酵母菌數(shù)量的不斷增多，營養(yǎng)消耗，pH變化、有害產(chǎn)物積累等，使生存條件惡化，酵母菌死亡率高于出生率，種群數(shù)量下降。
5.實驗操作的注意事項
(1)每天計數(shù)酵母菌數(shù)量的時間要固定。
(2)若一個小方格內(nèi)酵母菌過多，難以數(shù)清，要將培養(yǎng)液稀釋一定倍數(shù)，再重新計數(shù)。
(3)制片時，要先在計數(shù)室上蓋上蓋玻片，然后用吸管吸取培養(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。
(4)由于計數(shù)室中的菌懸液有一定的高度(0.1 mm)，故需要讓細(xì)胞沉降到計數(shù)室底部的網(wǎng)格線中，避免細(xì)胞分布在不同液層深度，導(dǎo)致計數(shù)時被遺漏。
用數(shù)學(xué)模型表現(xiàn)細(xì)菌種群數(shù)量的增長時，曲線圖與數(shù)學(xué)公式相比，具有什么優(yōu)點和局限性？
提示：曲線圖與數(shù)學(xué)公式相比，優(yōu)點是更直觀地反映出種群的增長趨勢，局限性是沒有數(shù)學(xué)公式精確。
　種群“J”形增長的Nt＝N0λt數(shù)學(xué)模型中，當(dāng)λ>1，λ＝1,0<λ<1，λ＝0時，種群數(shù)量分別將如何變化？
提示：λ>1，種群數(shù)量上升；λ＝1，種群數(shù)量穩(wěn)定；0<λ<1，種群數(shù)量下降；λ＝0，雌體沒有繁殖，種群在下一代中滅亡。
在“S”形曲線中，有一段時期近似于“J”形曲線，這一段是否等同于“J”形曲線？
提示：不是。因為“J”形曲線是理想條件下的種群增長趨勢，“S”形曲線是在環(huán)境條件有限的情況下種群的增長趨勢。
　本實驗需要設(shè)置對照嗎？需要做重復(fù)實驗嗎？
提示：本實驗不需要設(shè)置對照實驗，因不同時間取樣已形成相互對照。需要做重復(fù)實驗，目的是減少誤差，即對每個樣品計數(shù)三次，取其平均值。
從試管中吸出培養(yǎng)液進(jìn)行計數(shù)之前，需將試管輕輕振蕩幾次，試分析其原因。
提示：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，減小誤差。
　對于壓在小方格界線上的酵母菌應(yīng)當(dāng)怎樣計數(shù)？
提示：對于壓在小方格界線上的酵母菌，應(yīng)遵循“數(shù)上線不數(shù)下線，數(shù)左線不數(shù)右線”的原則計數(shù)。
　課堂小結(jié)
筆記空間
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