1.2 种群的数量变化 第1课时（导学案）生物人教版2019选择性必修2

1.2 种群的数量变化（第1课时）（导学案） 1.通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化等活动，尝试建立数学模型表征和解释种群的数量变化。 2.举例说明种群的“J”形增长、“S”形增长、波动等数量变化情况。 3.阐明环境容纳量原理在实践中的应用。 学习重点：建构种群增长模型的方法、种群的“J”形增长和“S”形增长 学习难点：建构种群增长模型的方法。 一、建构种群增长模型的方法 1.数学模型:用来描述一个系统或它的性质的数学形式。 建立数学模型的一般步骤:观察研究对象,提出问题→提出合理的假设→根据实验数据,用适当的数学形式对事物的性质进行表达,即建立数学模型→通过进一步实验或观察等,对模型进行检验或修正。  2.曲线图:数学模型的另一种表现形式。同数学公式相比,它能更直观地反映出种群的增长趋势。  二、种群的“J”形增长 1.模型假设:在理想条件,即在食物和空间条件充裕、气候适宜、没有天敌和其他竞争物种等条件下,种群的数量每年以一定的倍数增长,第二年的数量是第一年的λ倍,种群数量增长曲线(以时间为横坐标,种群数量为纵坐标)呈“J”形。  2.建立模型:N0为种群的起始数量,t为时间,Nt表示t年后该种群的数量,λ表示该种群数量是前一年种群数量的倍数,建立的数学模型是Nt=N0·λt。  三、种群的“S”形增长 1.模型假设:在自然界,资源和空间总是有限的,当种群密度增大时,种内竞争加剧,这就会使种群的出生率降低,死亡率升高,当死亡率升高至与出生率相等时,种群增长停止,数量趋于稳定,增长曲线呈“S”形。   2.环境容纳量:一定的环境条件所能维持的种群最大数量,又称K值。  任务一　建构种群的增长模型 根据教材P7“问题探讨”，回答下列问题： 1.填写下表：计算一个细菌在不同时间(单位为min)产生后代的数量。 时间(min) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 代数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 数量(个) 20 2 4 8 16 32 64 128 256 512 2.第n代细菌数量的计算公式是什么？ 设细菌初始数量为N0，第一次分裂产生的细菌数为第一代，数量为N0×2，第n代的细菌数量为Nn＝N0×2n。 3．72 h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？ 　2216个。 4.请以时间为横坐标,细菌数量为纵坐标,在下列坐标图中画出细菌种群的增长曲线。 　如图所示 5．在一个培养瓶中，细菌的数量会一直按照这个公式描述的趋势增长吗？分析其原因。 不会；因为培养瓶中的营养物质和空间都是有限的。 任务二、种群数量的“J”形增长 资料1 1859年，一位来澳大利亚定居的英国人在他的农场中放生了24只野兔，一个世纪后，这24只野兔的后代竟超过6亿只。漫山遍野的野兔不仅与牛羊争食牧草，还啃噬树皮，造成植被破坏，导致水土流失。直到人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到控制。 资料2 20世纪30年代，人们将环颈雉引入某地一个岛屿。1937-1942年，这个种群增长如下图。 1.这两个资料中的种群增长有什么共同点？ 种群数量增长迅猛，且呈无限增长趋势。 2.种群出现这种增长的原因是什么？ 食物充足、缺少天敌等。 3.这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？ 不能。因为资源和空间是有限的。 4.野兔和环颈雉种群的增长曲线是否类似于细菌种群的增长曲线？ 类似，均成“J”形。 任务三、种群数量的“S”形增长 资料3 高斯把5 个大草履虫置于0.5 mL的培养液中,每隔24 小时统计一次大草履虫的数量,经过反复实验,得出了如图所示的结果。从下图可以看出,大草履虫的数量在第二天和第三天增长较快,第五天以后基本维持在 375 个左右 1.为什么大草履虫种群没有出现 “J”形增长？ 随着大草履虫数量的增多，对食物和空间的竞争趋于激烈，导致出生率下降，死亡率升高。 2.观察上图,曲线的斜率有什么变化?这说明大草履虫的数量增长出现什么变化? 结合数学知识分析可知,在种群的“S”形增长中,曲线的斜率(种群增长速率)先增大后减小。这说明大草履虫的种群数量先快速增长,随后增长放缓,最终稳定在一定水平。 3.在实验第五天后,大草履虫的数量基本维持在375个左右,这个数值意味着什么? 这个数值是该环境条件所能维持的大草履虫种群的最大数量,即环境容纳量,又称K值。 4.由曲线图可知,大草履虫增长速率最大的时间大致在哪天?对应的种群数量是多少? 大草履虫增长速率最大的时间约为第2.5天。此时种群数量大致为K/2。 5.哪些措施会影响种群的K值? 栖息地遭到破坏后,由于食物的减少和活动范围的缩小,种群的K值会变小;建立自然保护区,创造更宽广的生存空间,改善栖息环境,可提高K值。 任务三、K值与K/2值在实践中的应用 1.为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地获得最大捕鱼量，应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平？为什么？ 应使被捕鱼群的种群数量保持在K/2水平，因为在这个水平上种群增长速率最大。 2.怎样做才能最有效的灭鼠？ 降低环境容纳量：如断绝或减少它们的食物来源；养殖或释放它们的天敌，等等。 在K/2前捕杀： 灭鼠时及时控制种群数量，严防达到K/2值，若达到该值，会导致该有害生物成灾。 3怎样做才是保护大熊猫的根本措施？ 建立自然保护区，改善大熊猫的栖息环境，提高环境容纳量。 1．有关下图的说法错误的是（　　） A．A图是某人在饭前、饭后血糖含量变化曲线，引起c~d段快速下降的激素是胰岛素 B．B图中若P表示肾小管，则B可表示其中葡萄糖的含量逐渐升高 C．C图能正确表示唾液淀粉酶的作用与温度关系 D．D图表示的是在天然的草原生态系统中，狼由于某种疾病而大量死亡，较长时间内鹿群数量变化的曲线 【答案】B 【详解】A、胰岛素能调节糖在体内的吸收、利用和转化，A图中c~d段血糖快速下降是因为胰岛素的作用，A正确； B、肾小管具有重吸收作用，会把原尿中的葡萄糖全部重吸收回血液，若P表示肾小管，葡萄糖含量应逐渐降低，B错误； C、唾液淀粉酶在37℃左右活性最高，温度过高或过低都会影响其活性，故C图能正确表示唾液淀粉酶的作用与温度关系，C正确； D、在草原生态系统中，狼大量死亡，鹿群因缺少天敌数量先增加，后因食物等资源减少数量又下降，最后趋于稳定，D图符合，D正确。 故选B。 2．在某退耕农田自然演替过程中，植物物种甲、乙和丙分别在不同阶段占据优势，它们的相对多度与演替时间的关系如图Ⅰ所示。植物乙种群的种群增长速率如图Ⅱ所示。下列说法错误的是（　　）    A．由图Ⅰ可知，演替前期甲的种群数量可能呈“J”形增长 B．图Ⅱ中c点时，植物乙种群的年龄结构为增长型 C．图Ⅱ中d~e时间段，植物乙种群数量仍在增加 D．演替过程中，植物丙的相对多度增加时，植物乙的种群数量一定会持续下降 【答案】D 【详解】A、在演替前期，资源相对充足，甲种群可能处于理想状态，数量可能呈“J”形增长，A正确； B、图Ⅱ中c点时，植物乙种群增长速率最大，种群数量在增加，年龄结构为增长型，B正确； C、图Ⅱ中d~e时间段，植物乙种群增长速率虽然在下降，但仍大于0，说明种群数量仍在增加，C正确； D、演替过程中，植物丙的相对多度增加时，植物乙的相对多度下降，但相对多度下降不意味着种群数量持续下降，种群数量还受其他因素影响，D错误。 故选D。 3．如图为两种生物种群的生长曲线，以下说法错误的是（　　） A．按甲曲线增长的种群无K值，增长率越来越大，种内斗争愈发激烈 B．按乙曲线增长的种群，到a点后种内斗争最为激烈，且理论上增长率和增长速率均为零，若有波动，是因为发生负反馈调节 C．按乙曲线增长的不同种群在同一环境下，b（K/2）点时的增长速率不同，但均为最大值；a点的位置也不同，即代表的环境容纳量不同 D．甲曲线的数学模型为Nt=N0λt，其中λ代表增长倍数 【答案】A 【详解】A、甲曲线为 “J” 型增长曲线，“J” 型增长是在理想条件（食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等）下的增长模式，种群增长率不变，无 K 值（环境容纳量） ，A错误； B、乙曲线是 “S” 型增长曲线，a点时种群数量达到K值（环境容纳量），此时种群数量最多，种内斗争最为激烈。理论上达到K值时，出生率等于死亡率，增长率（出生率 - 死亡率）和增长速率（单位时间内种群数量变化 ）均为零 。自然状态下种群数量在K值上下波动，是因为存在负反馈调节（比如种群数量增加，导致资源减少，进而抑制种群增长；种群数量减少，资源相对充裕，又会促进种群增长 ），B正确； C、对于 “S” 型增长曲线，b点对应K/2 ，此时增长速率达到最大值 ，但不同种群因自身遗传特性等不同，在同一环境下，b（K/2点）时增长速率数值不同（比如繁殖能力强的种群和繁殖能力弱的种群，增长速率最大值有差异 ）。a点是环境容纳量（K值 ），不同种群在同一环境中，因对环境适应能力等不同，K值（a点位置 ）不同，C正确； D、甲曲线的数学模型为Nt=N0λt，其中N0为种群起始数量，t为时间，λ 表示该种群数量是前一年种群数量的倍数（增长倍数 ），D正确。 故选A。 4．如图所示为不同物种的甲、乙种群在一段时间内的增长率与种群密度的关系（种群增长率等于出生率减死亡率）。随时间推移种群密度逐渐增加，a为种群延续所需的最小种群数量所对应的种群密度。下列说法正确的是（    ） A．b点时乙种群的出生率等于死亡率 B．由a至c，物种乙的数量先增加后减少 C．由a至c，甲种群的数量增长曲线呈“J”形 D．由a至c，乙种群的年龄结构可能由增长型向稳定型转变 【答案】D 【详解】AB、c点之前，乙种群增长率大于0，即出生率大于死亡率，种群数量不断增大，AB错误； C、由a至c，甲种群的增长率不断降低，应是环境阻力不断增加，所以不属于“J”形曲线，C错误； D、由a至c，乙种群的增长率逐渐减小，说明种群增长速度逐渐变慢，在增长初期，种群数量增长较快，年龄结构为增长型；随着增长率逐渐减小，当增长率接近0时，种群数量趋于稳定，年龄结构可能由增长型向稳定型转变，D正确。 故选D。 种群数量变化趋势主要包括上升、下降、波动和灭绝等。种群数量上升趋势多种多样，其中“J”形增长比较理想化、“S”形增长比较常见。图1～图3表示投放到某大型水库的青鱼，其种群增长数据曲线在t0到t1时间段近“J”形增长。请回答下列问题： (1)图1～图4都是描述青鱼种群数量变化的 模型，在t0到t1时间段青鱼种群近“J”形增长，这个阶段青鱼种群数量随时间变化的数学表达式为 。 (2)根据图1、图2、图3的信息，为了维持青鱼产量的可持续发展，每年捕捞后种群存留量维持在 水平，原因是 。 (3)调查青鱼种群数量变化趋势主要参考值是其 ，该参考值可为鱼情作出科学的预测预报。 (4)请写出水库的青鱼种群呈现“S”形增长的原因（答出两点即可）： 。 【答案】(1) 数学 Nt=1000×2t（或Nt=1000×2t1-t0） (2) K/2 K/2水平时种群的增长速率和增长量都最大，青鱼种群数量恢复最快 (3)年龄结构 (4)空间资源有限，存在天敌，存在种内、种间竞争，气候等环境因素限制等 【分析】在理想的环境中，种群数量会呈现J型增长，在资源、空间有限的条件下，常呈现S型增长。 【详解】（1）图1～图4都是曲线图，均为数学模型；据图1可知N0=1000，据图4可知，λ=增长率+1=（2-1）+1=2，所以Nt=N0λt=1000×2t=1000×2t1-t0。 （2）捕捞后存留量为K/2时青鱼种群数量恢复速度最快，其原因：据图2可知K/2水平时种群的增长速率最大，据图3可知K/2水平时种群的增长量最大，所以青鱼种群数量恢复最快。 （3）根据种群的年龄结构可以预测种群数量未来的变化趋势。 （4）空间资源有限，存在天敌，存在种内、种间竞争，气候等环境因素限制等是种群呈“S”形增长的原因。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 1.2 种群的数量变化（第1课时）（导学案） 1.通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化等活动，尝试建立数学模型表征和解释种群的数量变化。 2.举例说明种群的“J”形增长、“S”形增长、波动等数量变化情况。 3.阐明环境容纳量原理在实践中的应用。 学习重点：建构种群增长模型的方法、种群的“J”形增长和“S”形增长 学习难点：建构种群增长模型的方法。 一、建构种群增长模型的方法 1.数学模型:用来描述一个系统或它的性质的数学形式。 建立数学模型的一般步骤:观察研究对象,提出问题→提出合理的假设→根据实验数据,用适当的数学形式对事物的性质进行表达,即建立数学模型→通过进一步 等,对模型进行检验或修正。  2.曲线图:数学模型的另一种表现形式。同数学公式相比,它能更直观地反映出种群的增长 。  二、种群的“J”形增长 1.模型假设:在理想条件,即在 条件充裕、气候适宜、没有 等条件下,种群的数量每年以一定的倍数增长,第二年的数量是第一年的λ倍,种群数量增长曲线(以时间为横坐标,种群数量为纵坐标)呈“J”形。  2.建立模型:N0为种群的起始数量,t为时间,Nt表示t年后该种群的数量,λ表示该种群数量是前一年种群数量的倍数,建立的数学模型是Nt= 。  三、种群的“S”形增长 1.模型假设:在自然界,资源和空间总是有限的,当种群密度增大时, 加剧,这就会使种群的出生率降低,死亡率升高,当死亡率升高至与出生率 时,种群增长停止,数量趋于稳定,增长曲线呈“S”形。   2.环境容纳量:一定的环境条件所能 的种群 ,又称K值。  任务一　建构种群的增长模型 根据教材P7“问题探讨”，回答下列问题： 1.填写下表：计算一个细菌在不同时间(单位为min)产生后代的数量。 时间(min) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 代数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 数量(个) 20 2.第n代细菌数量的计算公式是什么？ 3．72 h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？ 4.请以时间为横坐标,细菌数量为纵坐标,在下列坐标图中画出细菌种群的增长曲线。 　 5．在一个培养瓶中，细菌的数量会一直按照这个公式描述的趋势增长吗？分析其原因。 任务二、种群数量的“J”形增长 资料1 1859年，一位来澳大利亚定居的英国人在他的农场中放生了24只野兔，一个世纪后，这24只野兔的后代竟超过6亿只。漫山遍野的野兔不仅与牛羊争食牧草，还啃噬树皮，造成植被破坏，导致水土流失。直到人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到控制。 资料2 20世纪30年代，人们将环颈雉引入某地一个岛屿。1937-1942年，这个种群增长如下图。 1.这两个资料中的种群增长有什么共同点？ 2.种群出现这种增长的原因是什么？ 3.这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？ 4.野兔和环颈雉种群的增长曲线是否类似于细菌种群的增长曲线？ 任务三、种群数量的“S”形增长 资料3 高斯把5 个大草履虫置于0.5 mL的培养液中,每隔24 小时统计一次大草履虫的数量,经过反复实验,得出了如图所示的结果。从下图可以看出,大草履虫的数量在第二天和第三天增长较快,第五天以后基本维持在 375 个左右 1.为什么大草履虫种群没有出现 “J”形增长？ 2.观察上图,曲线的斜率有什么变化?这说明大草履虫的数量增长出现什么变化? 3.在实验第五天后,大草履虫的数量基本维持在375个左右,这个数值意味着什么? 4.由曲线图可知,大草履虫增长速率最大的时间大致在哪天?对应的种群数量是多少? 5.哪些措施会影响种群的K值? 任务三、K值与K/2值在实践中的应用 1.为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地获得最大捕鱼量，应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平？为什么？ 2.怎样做才能最有效的灭鼠？ 3怎样做才是保护大熊猫的根本措施？ 1．有关下图的说法错误的是（　　） A．A图是某人在饭前、饭后血糖含量变化曲线，引起c~d段快速下降的激素是胰岛素 B．B图中若P表示肾小管，则B可表示其中葡萄糖的含量逐渐升高 C．C图能正确表示唾液淀粉酶的作用与温度关系 D．D图表示的是在天然的草原生态系统中，狼由于某种疾病而大量死亡，较长时间内鹿群数量变化的曲线 2．在某退耕农田自然演替过程中，植物物种甲、乙和丙分别在不同阶段占据优势，它们的相对多度与演替时间的关系如图Ⅰ所示。植物乙种群的种群增长速率如图Ⅱ所示。下列说法错误的是（　　）    A．由图Ⅰ可知，演替前期甲的种群数量可能呈“J”形增长 B．图Ⅱ中c点时，植物乙种群的年龄结构为增长型 C．图Ⅱ中d~e时间段，植物乙种群数量仍在增加 D．演替过程中，植物丙的相对多度增加时，植物乙的种群数量一定会持续下降 3．如图为两种生物种群的生长曲线，以下说法错误的是（　　） A．按甲曲线增长的种群无K值，增长率越来越大，种内斗争愈发激烈 B．按乙曲线增长的种群，到a点后种内斗争最为激烈，且理论上增长率和增长速率均为零，若有波动，是因为发生负反馈调节 C．按乙曲线增长的不同种群在同一环境下，b（K/2）点时的增长速率不同，但均为最大值；a点的位置也不同，即代表的环境容纳量不同 D．甲曲线的数学模型为Nt=N0λt，其中λ代表增长倍数 4．如图所示为不同物种的甲、乙种群在一段时间内的增长率与种群密度的关系（种群增长率等于出生率减死亡率）。随时间推移种群密度逐渐增加，a为种群延续所需的最小种群数量所对应的种群密度。下列说法正确的是（    ） A．b点时乙种群的出生率等于死亡率 B．由a至c，物种乙的数量先增加后减少 C．由a至c，甲种群的数量增长曲线呈“J”形 D．由a至c，乙种群的年龄结构可能由增长型向稳定型转变 种群数量变化趋势主要包括上升、下降、波动和灭绝等。种群数量上升趋势多种多样，其中“J”形增长比较理想化、“S”形增长比较常见。图1～图3表示投放到某大型水库的青鱼，其种群增长数据曲线在t0到t1时间段近“J”形增长。请回答下列问题： (1)图1～图4都是描述青鱼种群数量变化的 模型，在t0到t1时间段青鱼种群近“J”形增长，这个阶段青鱼种群数量随时间变化的数学表达式为 。 (2)根据图1、图2、图3的信息，为了维持青鱼产量的可持续发展，每年捕捞后种群存留量维持在 水平，原因是 。 (3)调查青鱼种群数量变化趋势主要参考值是其 ，该参考值可为鱼情作出科学的预测预报。 (4)请写出水库的青鱼种群呈现“S”形增长的原因（答出两点即可）： 。 / 学科网（北京）股份有限公司 $