資源簡(jiǎn)介

生物選擇性必修2 生物與環(huán)境【教學(xué)設(shè)計(jì)】
第2節(jié)　種群數(shù)量的變化
[學(xué)習(xí)目標(biāo)]
1.通過建構(gòu)種群數(shù)量增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型,解釋種群數(shù)量的變化,建立科學(xué)思維。
2.通過比較種群數(shù)量增長(zhǎng)的“J”形曲線和“S”形曲線,運(yùn)用種群數(shù)量變化規(guī)律解決生產(chǎn)生活中的實(shí)際問題。
3.關(guān)注人類活動(dòng)對(duì)種群數(shù)量變化的影響,闡明人與自然和諧發(fā)展的意義,關(guān)注瀕危動(dòng)物種群數(shù)量的變化及保護(hù)措施,提升社會(huì)責(zé)任。
4.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(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型。
【課件自主預(yù)習(xí)】
一、種群數(shù)量的變化
1.建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法
(1)數(shù)學(xué)模型:用來描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。
(2)研究方法步驟
提出問題→提出合理的假設(shè)→用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對(duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)→檢驗(yàn)或修正。
(3)建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的目的:描述、解釋和預(yù)測(cè)種群數(shù)量的變化。
(4)表達(dá)形式
①數(shù)學(xué)方程式:優(yōu)點(diǎn)是科學(xué)、準(zhǔn)確。
②曲線圖:優(yōu)、缺點(diǎn)是直觀但不夠精確。
2.種群的“J”形增長(zhǎng)
(1)含義:在理想條件下的種群,以時(shí)間為橫坐標(biāo),以種群數(shù)量為縱坐標(biāo)畫出的曲線圖,曲線大致呈“J”形。
(2)“J”形增長(zhǎng)數(shù)學(xué)模型
①模型假設(shè):在食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有天敵和其他競(jìng)爭(zhēng)物種等條件下。
②“J”形增長(zhǎng)數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)是: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。
③t年后種群數(shù)量表達(dá)式為:Nt=N0λt。
N0表示該種群的起始數(shù)量;Nt表示t年后該種群的數(shù)量;λ表示該種群數(shù)量是前一年種群數(shù)量的倍數(shù);t表示時(shí)間。
3.種群的“S”形增長(zhǎng)
(1)含義:種群經(jīng)過一定時(shí)間的增長(zhǎng)后,數(shù)量趨于穩(wěn)定的曲線,稱為“S”形曲線。
(2)產(chǎn)生原因: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,這就會(huì)使種群的出生率降低,死亡率升高。當(dāng)種群的死亡率與出生率相等時(shí),種群就穩(wěn)定在一定的水平。
(3)環(huán)境容納量:一定的環(huán)境條件所能維持的種群最大數(shù)量,稱為環(huán)境容納量,又稱K值。
(4)保護(hù)大熊貓的根本措施是:提高環(huán)境容納量。具體方法: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。
4.種群數(shù)量的波動(dòng)
在自然界,有的種群能夠在一段時(shí)期內(nèi)維持?jǐn)?shù)量的相對(duì)穩(wěn)定,但對(duì)于大多數(shù)生物的種群來說,種群數(shù)量總是在波動(dòng)中,處于波動(dòng)狀態(tài)的種群,在某些特定條件下可能出現(xiàn)種群暴發(fā)。蝗災(zāi)、鼠災(zāi)、赤潮等,就是種群數(shù)量暴發(fā)增長(zhǎng)的結(jié)果。
二、培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化
1.實(shí)驗(yàn)原理:(1)酵母菌屬于兼性厭氧(呼吸方式)菌,生長(zhǎng)周期短、繁殖快,用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)酵母菌時(shí),其數(shù)量會(huì)受培養(yǎng)液成分、pH、空間及溫度等因素影響。
(2)在理想條件下,呈“J”形增長(zhǎng),在資源和空間有限條件下呈“S”形增長(zhǎng)。
2.計(jì)數(shù):培養(yǎng)液中逐個(gè)計(jì)數(shù)酵母菌非常困難,可以采用抽樣檢測(cè)的方法,具體的步驟:先將蓋玻片放在血細(xì)胞計(jì)數(shù)板的計(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,多余的培養(yǎng)液用濾紙吸去,稍待片刻,待酵母菌全部沉降到計(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)。計(jì)數(shù)用到的器材有顯微鏡、血細(xì)胞計(jì)數(shù)板。
3.預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果:在理想的環(huán)境中,酵母菌種群的增長(zhǎng)呈“J”形曲線;在有限的環(huán)境條件下,酵母菌種群的增長(zhǎng)呈“S”形曲線。
【預(yù)習(xí)檢測(cè)】
1.判斷有關(guān)“J”形曲線、“S”形曲線的說法的正誤。
(1)環(huán)境容納量就是種群的最大數(shù)量。(　×　)
提示:環(huán)境容納量是指一定的環(huán)境條件所能維持的種群最大數(shù)量。
(2)一個(gè)物種引入一個(gè)新的地區(qū)后,一定呈“J”形曲線增長(zhǎng)。(　×　)
提示:一個(gè)物種引入一個(gè)新的地區(qū)后,若條件適宜,則會(huì)呈“J”形增長(zhǎng)。
(3)自然條件下,種群的環(huán)境容納量是固定不變的。(　×　)
提示:自然條件下,種群的環(huán)境容納量會(huì)因環(huán)境條件的改變而改變。
(4)當(dāng)酵母菌種群數(shù)量超過K/2時(shí),增長(zhǎng)速率減慢,年齡結(jié)構(gòu)為衰退型。(　×　)
提示:種群數(shù)量超過K/2時(shí),增長(zhǎng)速率減慢,但數(shù)量仍在增長(zhǎng),為增長(zhǎng)型。
(5)對(duì)家鼠等有害動(dòng)物的控制,要盡量降低其K值。(　√　)
(6)“S”形增長(zhǎng)曲線表示了種群數(shù)量和食物的關(guān)系。(　×　)
提示:“S”形增長(zhǎng)曲線表示了種群數(shù)量隨時(shí)間的變化規(guī)律。
2.判斷有關(guān)酵母菌種群數(shù)量變化的說法的正誤。
(1)培養(yǎng)酵母菌時(shí),必須去除培養(yǎng)液中的溶解氧。(　×　)
提示:酵母菌為兼性厭氧菌,有氧條件下繁殖速度快,無須除去培養(yǎng)液中的溶解氧。
(2)先將培養(yǎng)液滴在血細(xì)胞計(jì)數(shù)板上,輕蓋蓋玻片防止氣泡產(chǎn)生。(　×　)
提示:計(jì)數(shù)時(shí),先在血細(xì)胞計(jì)數(shù)板上蓋上蓋玻片,再將培養(yǎng)液滴在蓋玻片邊緣,讓培養(yǎng)液自行滲入。
(3)在培養(yǎng)初期,酵母菌因種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)而生長(zhǎng)緩慢。(　×　)
提示:在培養(yǎng)初期,酵母菌數(shù)量較少,種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)較弱。
(4)種群數(shù)量變化只有“J”形和“S”形增長(zhǎng)兩種類型。(　×　)
提示:種群數(shù)量變化包括增長(zhǎng)、波動(dòng)、下降甚至消亡。
(5)計(jì)數(shù)時(shí)若不染色,統(tǒng)計(jì)酵母菌細(xì)胞數(shù)目時(shí),結(jié)果會(huì)偏小。(　×　)
提示:若不染色,會(huì)將死細(xì)胞一起統(tǒng)計(jì),結(jié)果會(huì)偏大。
【課堂互動(dòng)探究】
探究點(diǎn)一　建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法
[情境] 研究人員發(fā)現(xiàn)一部手機(jī)攜帶的細(xì)菌數(shù)量是男廁沖水柄細(xì)菌數(shù)量的18倍,有1/4的手機(jī)細(xì)菌總數(shù)超過可接受水平的10倍。某種細(xì)菌每20 min就通過分裂增殖一代。
[思考] (1)細(xì)菌的生殖方式是有性生殖還是無性生殖
提示:細(xì)菌進(jìn)行無性生殖。
(2)根據(jù)[情境],2 h后,由一個(gè)某種細(xì)菌分裂產(chǎn)生的后代數(shù)量是多少
提示:26。
(3)如果我們用N表示細(xì)菌數(shù)量,n表示繁殖產(chǎn)生細(xì)菌的代數(shù),請(qǐng)寫出1個(gè)細(xì)菌增殖n代后種群數(shù)量的公式。
提示:Nn=1×2n。
(4)在坐標(biāo)系中畫出此種細(xì)菌增長(zhǎng)曲線,以時(shí)間為橫軸,細(xì)菌數(shù)量為縱軸。
提示:
(5)曲線圖與數(shù)學(xué)方程式比較,有何優(yōu)缺點(diǎn)
提示:曲線圖更直觀,數(shù)學(xué)方程式更準(zhǔn)確。
[歸納總結(jié)] (1)建立數(shù)學(xué)模型的一般步驟
(2)常見的模型形式及舉例
常見的模型形式包括物理模型、概念模型、數(shù)學(xué)模型等。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型、流動(dòng)鑲嵌模型等都屬于物理模型;對(duì)光合作用過程中物質(zhì)和能量變化的解釋、達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說的解釋模型等屬于概念模型;酶活性受溫度(pH)影響示意圖,不同細(xì)胞的細(xì)胞周期持續(xù)時(shí)間等屬于數(shù)學(xué)模型。
[應(yīng)用] 數(shù)學(xué)模型是用來描述一個(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,下列排列順序正確的是(　B　)
①根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對(duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)
②觀察研究對(duì)象,提出問題
③通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等,對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正
④提出合理的假設(shè)
A.④②③① B.②④①③
C.④③②① D.②①④③
探究點(diǎn)二　種群的“J”形增長(zhǎng)
1.嘗試構(gòu)建種群增長(zhǎng)的“J”形增長(zhǎng)曲線
[情境1] 有人在適宜條件下培養(yǎng)大草履蟲,并且每天更換培養(yǎng)液,保證大草履蟲有充足的營(yíng)養(yǎng)和生存空間,最先放入5只大草履蟲,每天記錄其數(shù)量變化,如下表所示。
時(shí)間 初始 1天后 2天后 3天后 ……
種群數(shù) 量/ 只 5 19 81 325 ……
若假設(shè)后一天的數(shù)量始終是前一天數(shù)量的4倍。
[思考] (1)你能否在假設(shè)的基礎(chǔ)上建立數(shù)學(xué)模型解決實(shí)驗(yàn)中的問題:7天后大草履蟲的數(shù)量是多少 (用公式表示,不必計(jì)算具體結(jié)果)
提示:7天后的數(shù)量:5×47。
(2)后一天的數(shù)量始終是前一天數(shù)量的4倍的前提條件是什么
提示:適宜的條件、充足的營(yíng)養(yǎng)和生存空間。
(3)若N0為某種群的起始數(shù)量,Nt表示經(jīng)過t天后該種群的數(shù)量,且后一天的數(shù)量始終是前一天數(shù)量的λ倍,試建立表示該種群數(shù)量變化的一般公式并作出曲線。
提示:Nt=N0·λt
[歸納總結(jié)] “J”形增長(zhǎng)曲線
(1)“J”形增長(zhǎng)曲線的條件:食物和空間充裕、氣候適宜,沒有天敵和其他競(jìng)爭(zhēng)物種。
(2)“J”形增長(zhǎng)曲線的特點(diǎn):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。
2.“J”形增長(zhǎng)曲線的實(shí)例
[情境2] 水葫蘆原產(chǎn)于南美洲,1901年作為花卉引入中國(guó)。由于繁殖迅速,又幾乎沒有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和天敵,因此,它對(duì)其生活的水面采取了野蠻的封鎖策略,擋住陽(yáng)光,導(dǎo)致水下植物得不到足夠光照而死亡。水葫蘆成為我國(guó)淡水水體中主要的外來入侵物種之一。
[思考] (1)水葫蘆不受限制地大量繁殖的條件是什么
提示:食物和空間充裕、氣候適宜,沒有天敵和其他競(jìng)爭(zhēng)物種。
(2)我國(guó)海關(guān)為什么要嚴(yán)格控制有害生物入境
提示:防止有害生物入境后成為優(yōu)勢(shì)物種,影響本地物種的生存。
[歸納總結(jié)] 總結(jié)“J”形增長(zhǎng)實(shí)例
(1)實(shí)驗(yàn)室營(yíng)養(yǎng)充分的條件下。
(2)種群剛遷入到一個(gè)新的適宜環(huán)境的早期階段。
[深度思考] 下面是歷年來世界和我國(guó)人口增長(zhǎng)曲線圖
根據(jù)歷年來世界和我國(guó)人口增長(zhǎng)的數(shù)據(jù),分析人口增長(zhǎng)是否呈“J”形曲線 簡(jiǎn)述理由。
提示:否,因?yàn)槿丝谠鲩L(zhǎng)會(huì)受到很多因素的限制,比如:食物、生存空間、政策(如我國(guó)實(shí)行計(jì)劃生育政策)等,只有在理想條件下,種群才能出現(xiàn)“J”形增長(zhǎng)。
[歸納總結(jié)] 理解“J”形曲線的“λ”
(1)準(zhǔn)確理解“λ”內(nèi)涵
Nt=N0λt,λ代表種群數(shù)量“增長(zhǎng)倍數(shù)”,而不是增長(zhǎng)速率。λ>1時(shí),種群密度不斷增大;λ=1時(shí),種群密度保持穩(wěn)定;λ<1時(shí),種群密度不斷減小。
(2)圖示解讀
①a段:λ>1且恒定——種群數(shù)量呈“J”形增長(zhǎng);
②b段——λ盡管下降,但仍大于1,此段種群出生率大于死亡率,則種群數(shù)量一直增長(zhǎng);
③c段——λ=1,種群數(shù)量維持相對(duì)穩(wěn)定;
④d段——λ<1,種群數(shù)量逐年下降;
⑤e段——盡管λ呈上升趨勢(shì),但仍未達(dá)到1,故種群數(shù)量仍逐年下降。
[應(yīng)用] 在調(diào)查某林場(chǎng)松鼠的種群數(shù)量時(shí),計(jì)算當(dāng)年種群數(shù)量與前一年種群數(shù)量的比值(λ),并得到如圖所示的曲線。據(jù)此圖分析得到的下列結(jié)論中不正確的是(　C　)
A.前4年該種群數(shù)量基本不變,第5年調(diào)查的年齡結(jié)構(gòu)可能為衰退型
B.第4年到第8年間種群數(shù)量在下降,原因可能是食物的短缺和天敵增多
C.第8年時(shí)種群數(shù)量最少,第8年到第16年間種群數(shù)量增加,且呈“S”形曲線增長(zhǎng)
D.如果持續(xù)第16年到第20年間趨勢(shì),后期種群數(shù)量將呈“J”形曲線增長(zhǎng)
解析:前4年,λ值為定值,λ-1=0,說明種群增長(zhǎng)率為0,種群數(shù)量保持不變,第5年λ-1小于0,說明種群增長(zhǎng)率為負(fù)值,種群數(shù)量下降,年齡結(jié)構(gòu)可能為衰退型;影響種群數(shù)量的因素有氣候、食物、天敵、傳染病等;第10年時(shí)種群數(shù)量最少;由圖示曲線可知,如果持續(xù)第16 年到第20年間趨勢(shì),后期種群數(shù)量將呈“J”形曲線增長(zhǎng)。
探究點(diǎn)三　種群的“S”形增長(zhǎng)和種群數(shù)量的波動(dòng)
1.嘗試構(gòu)建種群的“S”形增長(zhǎng)曲線
[情境1] 生態(tài)學(xué)家曾經(jīng)做過一個(gè)實(shí)驗(yàn):把5只大草履蟲置于0.5 mL的培養(yǎng)液中,每隔1天(24小時(shí))統(tǒng)計(jì)一次數(shù)據(jù),經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn),結(jié)果如下:
時(shí)間/天 1 2 3 4 5 6
種群數(shù) 量/個(gè) 20.4 137.2 319.0 369.0 375.0 373.3
[思考] (1)請(qǐng)繪制大草履蟲的種群增長(zhǎng)曲線。
提示:
(2)大草履蟲數(shù)量增長(zhǎng)曲線與哪一個(gè)字母相似 種群數(shù)量變化有何特點(diǎn)
提示:“S”,種群經(jīng)過一定時(shí)間的增長(zhǎng)后,數(shù)量趨于穩(wěn)定。
(3)這種增長(zhǎng)曲線形成的原因是什么
提示:隨著大草履蟲數(shù)量的增多,對(duì)食物和空間的競(jìng)爭(zhēng)加劇,導(dǎo)致出生率降低、死亡率升高,即存在環(huán)境阻力。
(4)0.5 mL的培養(yǎng)液中大草履蟲的最大數(shù)量約為375.0,這個(gè)數(shù)值的含義是什么
提示:一定的環(huán)境條件下所能維持的種群的最大數(shù)量稱為環(huán)境容納量,又稱K值。
(5)不同物種在同一環(huán)境中K值是否相同 當(dāng)環(huán)境改變時(shí)生物的K值是否發(fā)生改變
提示:不同物種在同一環(huán)境中K值一般不同;環(huán)境改變時(shí)生物的K值會(huì)改變。
[歸納總結(jié)] “S”形增長(zhǎng)曲線
(1)形成原因:自然條件下資源和空間總是有限的,種群密度越大,種內(nèi)斗爭(zhēng)和種間競(jìng)爭(zhēng)越劇烈,捕食者數(shù)量越多,導(dǎo)致該種群的出生率降低,死亡率增高。
(2)出生率與死亡率關(guān)系:K值之前,出生率>死亡率;K值時(shí),出生率≈死亡率。
2.嘗試構(gòu)建“S”形增長(zhǎng)的增長(zhǎng)率和增長(zhǎng)速率的曲線
[情境2] ①增長(zhǎng)率是指單位時(shí)間內(nèi)種群數(shù)量變化率,即種群在單位時(shí)間內(nèi)凈增加的個(gè)體數(shù)占個(gè)體總數(shù)的比率。
②增長(zhǎng)速率是指單位時(shí)間種群增長(zhǎng)數(shù)量。
[思考] (1)嘗試計(jì)算“S”形增長(zhǎng)的種群增長(zhǎng)率并構(gòu)建相應(yīng)的曲線。
提示:增長(zhǎng)率=(現(xiàn)有個(gè)體數(shù)-原有個(gè)體數(shù))/原有個(gè)體數(shù)
(2)嘗試計(jì)算“S”形增長(zhǎng)的種群增長(zhǎng)速率并構(gòu)建相應(yīng)的曲線。
提示:增長(zhǎng)速率=(現(xiàn)有個(gè)體數(shù)-原有個(gè)體數(shù))/增長(zhǎng)時(shí)間
3.種群數(shù)量的波動(dòng)
[情境3] 某地區(qū)東亞飛蝗種群數(shù)量多年的變化情況如下:
處于波動(dòng)狀態(tài)的種群,在某些特定的情況下可能出現(xiàn)種群暴發(fā),蝗災(zāi)、鼠災(zāi)、赤潮等,就是種群數(shù)量暴發(fā)增長(zhǎng)的結(jié)果。
[思考] (1)K值與什么有關(guān) 它會(huì)永遠(yuǎn)保持不變嗎
提示:K值與環(huán)境有關(guān),它不是固定不變的,而是處在波動(dòng)中。
(2)種群的數(shù)量還有哪些變化
提示:種群數(shù)量變化除了增長(zhǎng)、穩(wěn)定、波動(dòng)外,還有下降。當(dāng)種群長(zhǎng)期處于不利條件下,如遭遇人類亂捕濫殺和棲息地破壞,種群數(shù)量會(huì)出現(xiàn)持續(xù)性的或急劇的下降。
[歸納總結(jié)] 研究種群數(shù)量變化的意義
(1)為野生生物資源的合理利用及保護(hù)提供理論指導(dǎo)。
(2)通過研究種群數(shù)量變化規(guī)律,為有害生物的預(yù)測(cè)及防治提供科學(xué)依據(jù)。
(3)有利于對(duì)瀕危動(dòng)物種群的拯救和恢復(fù)。
4.[活動(dòng)] 閱讀教材P9～P10,思考下列問題。
(1)對(duì)瀕危動(dòng)物如大熊貓應(yīng)采取什么保護(hù)措施
提示:建立自然保護(hù)區(qū),改善大熊貓的棲息環(huán)境,提高環(huán)境容納量。
(2)對(duì)家鼠等有害動(dòng)物的控制,應(yīng)當(dāng)采取什么措施
提示:可以采取措施降低有害動(dòng)物種群的環(huán)境容納量,如將食物儲(chǔ)藏在安全處,斷絕或減少它們的食物來源;室內(nèi)采取硬化地面等措施,減少它們挖造巢穴的場(chǎng)所;養(yǎng)殖或釋放它們的天敵,等等。
[深度思考] (1)為了保護(hù)魚類資源不受破壞,并能持續(xù)地獲得最大捕魚量,應(yīng)使被捕魚群的種群數(shù)量保持在什么水平 為什么
提示:根據(jù)種群增長(zhǎng)的“S”形曲線,應(yīng)使被捕魚群的種群數(shù)量捕完后保持在K/2水平。這是因?yàn)樵谶@個(gè)水平上種群增長(zhǎng)速率最大,可實(shí)現(xiàn)“既有較大收獲量又可保持種群高速增長(zhǎng)”,從而不影響種群再生,符合可持續(xù)發(fā)展的原則。
(2)為了獲得最大的日捕魚量,應(yīng)在種群數(shù)量為多少時(shí)捕獲
提示:K值。
(3)如何對(duì)有害生物進(jìn)行防治
提示:務(wù)必及時(shí)控制種群數(shù)量,嚴(yán)防達(dá)K/2值處(若達(dá)K/2值處,可導(dǎo)致該有害生物成災(zāi),如對(duì)蝗蟲的防控)。
[歸納總結(jié)] 兩種增長(zhǎng)曲線的比較
項(xiàng)目 “J”形曲線 “S”形曲線
增長(zhǎng) 模型
前提 條件 理想狀態(tài):食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害等 現(xiàn)實(shí)狀態(tài):資源有限、空間有限、受其他生物制約
種群增 長(zhǎng)速率
種群的 增長(zhǎng)率
K值有無 無K值 有K值
聯(lián)系 兩種增長(zhǎng)曲線的差異主要是因環(huán)境阻力大小不同,從而對(duì)種群數(shù)量增長(zhǎng)的影響不同
[應(yīng)用]
1.如圖表示某物種遷入新環(huán)境后,種群的增長(zhǎng)速率隨時(shí)間的變化關(guān)系。在第10年時(shí)經(jīng)調(diào)查該種群數(shù)量為200只,估算該種群在此環(huán)境中的環(huán)境負(fù)荷量約為(　D　)
A.100只 B.200只
C.300只 D.400只
解析:從種群的增長(zhǎng)速率曲線看,此圖為“S”形增長(zhǎng)曲線,第10年種群數(shù)量為K/2,K值為400。
[方法指導(dǎo)] “S”形曲線與增長(zhǎng)速率曲線關(guān)系
f～g對(duì)應(yīng)圖甲c點(diǎn)之前,種群數(shù)量增長(zhǎng)速率逐漸增加;
g點(diǎn)對(duì)應(yīng)圖甲c點(diǎn),種群數(shù)量為K/2,種群數(shù)量增長(zhǎng)速率最大;
g～h對(duì)應(yīng)圖甲c～d,種群數(shù)量增長(zhǎng)速率逐漸減少;
h點(diǎn)對(duì)應(yīng)圖甲d點(diǎn),種群數(shù)量為K值,種群數(shù)量增長(zhǎng)速率為0。
2.某池塘內(nèi)草魚種群增長(zhǎng)速率的變化規(guī)律如圖所示。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(　B　)
A.無論T2之前數(shù)據(jù)如何,T2～T3和T3～T5時(shí)間段內(nèi)種群數(shù)量都是逐漸上升
B.T5時(shí)增加餌料的投放,池塘草魚的環(huán)境容納量保持不變
C.T3時(shí)草魚的種群密度約為T5時(shí)對(duì)應(yīng)種群密度的一半
D.調(diào)查草魚的種群密度時(shí),網(wǎng)眼太大常使調(diào)查值偏小
解析:據(jù)題意可知,無論T2之前數(shù)據(jù)如何,T2～T3和T3～T5時(shí)間段內(nèi)種群增長(zhǎng)速率不為0,說明種群數(shù)量都在增長(zhǎng);T5時(shí)種群的出生率等于死亡率,對(duì)應(yīng)的種群數(shù)量為K,若增加餌料的投放,則種群數(shù)量會(huì)增加;T3時(shí)草魚的種群數(shù)量為K/2,T5時(shí)草魚的種群數(shù)量為K,因此,T3時(shí)草魚的種群密度約為T5時(shí)對(duì)應(yīng)種群密度的一半;調(diào)查草魚的種群密度時(shí),網(wǎng)眼太大會(huì)使幼體逃脫,從而導(dǎo)致調(diào)查值偏小。
探究點(diǎn)四　探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化
[情境] 酵母菌是兼性厭氧微生物,在有氧條件下,能產(chǎn)生較多的CO2和H2O,在無氧條件下產(chǎn)生酒精和較少的CO2。用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)酵母菌,連續(xù)7天每天測(cè)定酵母菌的數(shù)量變化,根據(jù)相應(yīng)的平均值繪制酵母菌種群數(shù)量的增長(zhǎng)曲線如下圖。
[思考] (1)酵母菌的種群數(shù)量如何變化
提示:培養(yǎng)液中的酵母菌數(shù)量開始一段時(shí)間呈“J”形增長(zhǎng),隨著時(shí)間推移,酵母菌數(shù)量呈“S”形增長(zhǎng),后期出現(xiàn)數(shù)量下降。
(2)對(duì)試管中的酵母菌種群數(shù)量采用什么方法計(jì)數(shù)
提示:抽樣檢測(cè)法。
(3)從試管中吸出培養(yǎng)液計(jì)數(shù)之前,要將試管振蕩幾次原因是什么
提示:使酵母菌分布均勻,計(jì)數(shù)準(zhǔn)確。
(4)如果一個(gè)小方格內(nèi)酵母菌的數(shù)量太多,難以數(shù)清,需要采取的措施是什么
提示:先稀釋后再計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)結(jié)果乘以稀釋倍數(shù)。
(5)對(duì)于壓在小方格界線上的酵母菌,應(yīng)該如何計(jì)數(shù)
提示:只計(jì)算相鄰兩邊及其頂角的酵母菌。
(6)本實(shí)驗(yàn)需要設(shè)置對(duì)照嗎 請(qǐng)說明理由。
提示:不需要設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn),隨著時(shí)間的延續(xù),酵母菌種群數(shù)量的變化在時(shí)間上形成前后自身對(duì)照,所以無須設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)。
(7)本實(shí)驗(yàn)需要做重復(fù)實(shí)驗(yàn)嗎 為什么
提示:需要重復(fù)實(shí)驗(yàn)。要獲得準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),必須重復(fù)實(shí)驗(yàn),求得平均值。
(8)酵母菌種群數(shù)量的增長(zhǎng)受哪些因素的影響
提示:培養(yǎng)液的成分、空間、pH、溫度及有害代謝廢物等。
(9)蓋玻片下的培養(yǎng)液厚度為0.1 mm,推導(dǎo)出將一個(gè)小方格范圍內(nèi)的酵母菌數(shù)目,換算成10 mL培養(yǎng)液中酵母菌總數(shù)的公式:
提示:計(jì)數(shù)方法:血細(xì)胞計(jì)數(shù)板為大方格網(wǎng),計(jì)四角(4個(gè))和正中間的(共5個(gè))中方格共計(jì)80個(gè)小方格中的個(gè)體數(shù)量。無論對(duì)于16×25的方格網(wǎng),還是對(duì)于25×16的方格網(wǎng),總數(shù)都是400個(gè) 小方格。如圖所示。
計(jì)算方法:大方格長(zhǎng)度為1 mm,高度為0.1 mm(即規(guī)格為1 mm×1 mm×0.1 mm),則每個(gè)大方格的體積為 0.1 mm3(10-4mL),故10 mL培養(yǎng)液中細(xì)胞個(gè)數(shù)=(中方格中的細(xì)胞總數(shù)/中方格中小方格個(gè)數(shù))×400×104×稀釋倍數(shù)×10。
[歸納總結(jié)] 探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量變化的注意事項(xiàng)
(1)溶液要進(jìn)行定量稀釋,每天計(jì)數(shù)酵母菌數(shù)量的時(shí)間要固定。
(2)制片時(shí),先將蓋玻片放在血細(xì)胞計(jì)數(shù)板上,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。
(3)制好玻片后,應(yīng)稍等片刻,待酵母菌全部沉降到計(jì)數(shù)室底部,再用顯微鏡進(jìn)行觀察。
(4)清洗血細(xì)胞計(jì)數(shù)板的正確方法是浸泡和沖洗,不能用試管刷或抹布擦洗。沖洗干凈后不能用紗布或吸水紙擦干,應(yīng)自然晾干或烘干或用吹風(fēng)機(jī)吹干。
[應(yīng)用] 在探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量變化的實(shí)驗(yàn)中,采用規(guī)格為16中格(400小格,0.1 mm3)的血細(xì)胞計(jì)數(shù)板進(jìn)行計(jì)數(shù),培養(yǎng)液稀釋了100倍,檢測(cè)四角上中格的酵母菌數(shù)量分別為22、26、24、28。下列有關(guān)敘述正確的是(　B　)
A.此培養(yǎng)液中酵母菌數(shù)量約為4×108個(gè)/mL,該實(shí)驗(yàn)無對(duì)照實(shí)驗(yàn)
B.制片時(shí),先將蓋玻片放在計(jì)數(shù)室上,吸取培養(yǎng)液滴于蓋玻片邊緣,讓培養(yǎng)液自行滲入
C.吸出培養(yǎng)液進(jìn)行計(jì)數(shù)前,需將試管輕輕振蕩幾次,目的是使酵母菌獲得充足氧氣
D.取樣時(shí)避免吸到底部的死菌,滴管應(yīng)輕輕吸取,避免晃動(dòng)菌液
解析:在16中格×25小格中計(jì)算,此時(shí)培養(yǎng)液中酵母菌種群密度=[(22+26+24+28)÷100]×400×104×100=4×108個(gè)/mL,本實(shí)驗(yàn)不需要設(shè)置對(duì)照,但是存在相互對(duì)照;取樣前需將培養(yǎng)液輕輕搖勻,目的是使培養(yǎng)液中的酵母菌均勻分布,減少誤差。
課堂小結(jié)
完善概念圖 記憶節(jié)節(jié)清
1.“J”形增長(zhǎng)曲線的形成條件:食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害等。 2.“J”形增長(zhǎng)曲線的增長(zhǎng)率不變,都是λ-1。 3.“S”形增長(zhǎng)曲線的形成原因:自然條件下,資源和空間總是有限的,種群密度越大,種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)越劇烈,導(dǎo)致該種群的出生率降低,死亡率增高。 4.漁業(yè)捕撈中,為了魚類資源的可持續(xù)利用,一般讓魚的數(shù)量捕完后維持在K/2,原因是K/2 時(shí)種群的增長(zhǎng)速率最大。 5.探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量變化的方法是抽樣檢測(cè)法。
隨堂反饋
1.如圖所示為種群的數(shù)量變化曲線,判斷下列說法是否正確。
(1)B、b點(diǎn)種群增長(zhǎng)速率最大,種群數(shù)量在K/2左右,此時(shí)種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)也最激烈。(　×　)
(2)c點(diǎn)種群增長(zhǎng)速率明顯減小只是由種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)引起的。(　×　)
(3)處理好這種生物與環(huán)境的協(xié)調(diào)與平衡需要考慮K值的大小。(　√　)
(4)當(dāng)這種生物與環(huán)境達(dá)到協(xié)調(diào)與平衡后在E點(diǎn)達(dá)到K值,K值將固定不變。(　×　)
(5)圖中C～D段種群數(shù)量仍在增長(zhǎng)。(　√　)
2.“食人魚”是一種有極強(qiáng)生存能力的肉食魚類,一旦進(jìn)入自然生態(tài)水域,就會(huì)造成嚴(yán)重的生態(tài)災(zāi)難。假如該物種進(jìn)入某湖泊,如圖中的曲線能準(zhǔn)確表達(dá)其種群數(shù)量變化特點(diǎn)的是(　A　)
解析:“食人魚”進(jìn)入自然生態(tài)水域,資源和空間都是有限的,種群密度增大時(shí)種間競(jìng)爭(zhēng)會(huì)加劇,符合“S”形曲線。
3.如圖是調(diào)查小組的同學(xué)從當(dāng)?shù)刂鞴懿块T獲得的某物種種群數(shù)量的變化圖,據(jù)此不能得出的結(jié)論是(　C　)
A.第1～5年間種群呈“J”形增長(zhǎng)
B.第20～30年間種群增長(zhǎng)率為0
C.到第30年時(shí)種群的數(shù)量最大
D.第15～20年間種群數(shù)量不斷減少
解析:假設(shè)種群的起始數(shù)量為N0,t年后種群數(shù)量為Nt=N0·λt;根據(jù)指數(shù)函數(shù)的特點(diǎn),λ值大于1,種群數(shù)量增長(zhǎng),λ值小于1,種群數(shù)量減少,λ值等于1,種群數(shù)量不變。由題圖可知,第1～5年,λ>1,而且不變,種群數(shù)量持續(xù)增加,符合“J”形增長(zhǎng);第20～30年,λ=1,種群數(shù)量保持不變,種群增長(zhǎng)率為0;第9～20(不包括第9年和第20年),λ<1,則種群數(shù)量越來越少,該種群數(shù)量在第20年達(dá)到最小,并保持穩(wěn)定;第15～20年(不包括第20年),λ<1,種群數(shù)量不斷減少。
4.(不定項(xiàng)選擇)某校生物興趣小組進(jìn)行“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量變化”的實(shí)驗(yàn)。下列有關(guān)敘述中錯(cuò)誤的是(　AB　)
A.為增加酵母菌的數(shù)量,使用高濃度的葡萄糖溶液
B.計(jì)數(shù)時(shí)只需統(tǒng)計(jì)方格內(nèi)部的酵母菌
C.實(shí)驗(yàn)前對(duì)培養(yǎng)液和培養(yǎng)工具均須進(jìn)行嚴(yán)格的滅菌
D.培養(yǎng)后期酵母菌數(shù)量會(huì)急劇下降
解析:使用高濃度的葡萄糖溶液會(huì)導(dǎo)致酵母細(xì)胞嚴(yán)重失水導(dǎo)致死亡;計(jì)數(shù)時(shí),壓在小方格界線上的酵母菌應(yīng)計(jì)數(shù)相鄰兩邊及頂角上的;實(shí)驗(yàn)前需要對(duì)培養(yǎng)液和培養(yǎng)工具進(jìn)行嚴(yán)格滅菌,防止雜菌污染;培養(yǎng)后期,環(huán)境中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不斷消耗,種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)加劇,會(huì)導(dǎo)致酵母菌數(shù)量急劇下降。
5.某生態(tài)學(xué)家以“保護(hù)和利用草原生態(tài)系統(tǒng)”為課題,對(duì)草原進(jìn)行了一項(xiàng)專題研究,并繪制成圖。圖1表示一個(gè)鼠群引入一個(gè)草原生態(tài)系統(tǒng)后的種群增長(zhǎng)曲線;圖2表示單位面積放牧量與生產(chǎn)者的凈生產(chǎn)量的關(guān)系,虛線表示未放牧?xí)r草原中生產(chǎn)者的凈生產(chǎn)量。分析回答下列問題。
(1)圖1中增長(zhǎng)速率最大的是　　　　點(diǎn),CD段表示鼠群數(shù)量基本不再增長(zhǎng),其原因可能是　
　　　　　　。滅鼠時(shí)除了捕殺老鼠,使其數(shù)量減少外,同時(shí)還應(yīng)該設(shè)法降低　　　　　　　　。
(2)圖2的研究結(jié)果告訴我們,最大放牧量不應(yīng)該超過　　　　點(diǎn),如果長(zhǎng)期超過C點(diǎn)將會(huì)造成　　　　　　　　。
解析:據(jù)圖1分析,種群數(shù)量先增加后基本不變;據(jù)圖2分析,隨著放牧量增加,生產(chǎn)者的凈生產(chǎn)量先增加后減少。
(1)圖1中B點(diǎn)約為K/2,種群增長(zhǎng)速率最大;限制種群增長(zhǎng)的主要因素是生存條件,如食物和空間都是有限的,天敵對(duì)種群的限制等;控制老鼠的種群數(shù)量,降低環(huán)境容納量是比較合理的做法。
(2)圖2的研究結(jié)果說明適度放牧可以促進(jìn)草的生長(zhǎng),增加生產(chǎn)者的凈生產(chǎn)量,但不能超載放牧,即不能超過B點(diǎn),如果長(zhǎng)期超過C點(diǎn)將會(huì)造成草場(chǎng)退化。
答案:(1)B　食物和空間有限、天敵數(shù)量增加　環(huán)境容納量(K值)
(2)B　草場(chǎng)退化

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