2019高中生物 第4章 種群和群落能力 專題4.2 種群的數(shù)量變化導(dǎo)學(xué)案 新人教版必修3.doc

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第2節(jié) 種群的數(shù)量變化 學(xué)習(xí)導(dǎo)讀 學(xué)習(xí)準(zhǔn)備 一、 種群數(shù)量變化的研究方法 1． 構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的一般步驟 （1）觀察研究對(duì)象， ； （2）提出 ； （3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)? 表達(dá)； （4）通過(guò)實(shí)驗(yàn)或觀察，對(duì)模型進(jìn)行 。 2．優(yōu)點(diǎn) 與數(shù)學(xué)方程式相比，它更直觀的反映出種群數(shù)量的增長(zhǎng)趨勢(shì)。 三、種群數(shù)量增長(zhǎng)的曲線 1．種群數(shù)量增長(zhǎng)的“J”型曲線 （1）理想條件： 條件充足、氣候適宜、沒(méi)有敵害等。 （2）數(shù)學(xué)公式： 。 （3）曲線變化： 2．種群數(shù)量增長(zhǎng)的“S”型曲線 （1）有限條件：自然界的 是有限的。 （2）概念：種群經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的增長(zhǎng)后，數(shù)量 的增長(zhǎng)曲線。 （3）K值：又稱 ，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 。 （4）曲線變化： 三、種群數(shù)量波動(dòng)和下降的原因是 、 、天敵、傳染病等。 破疑解難 一、 建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法 1．意義：數(shù)學(xué)模型是聯(lián)系實(shí)際問(wèn)題與數(shù)學(xué)規(guī)律的橋梁，具有解釋、判斷和預(yù)測(cè)等重要功能。在科學(xué)研究中，數(shù)學(xué)模型是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題和探索新規(guī)律的有效途徑之一。 2．步驟：⑴ 觀察研究對(duì)象是為了發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、探索規(guī)律。“細(xì)菌每20分鐘分裂一次”便是通過(guò)大量觀察和實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論； ⑵ 合理提出假設(shè)是數(shù)學(xué)模型成立的前提條件，假設(shè)不同，所建立的數(shù)學(xué)模型不同，“細(xì)菌義指數(shù)函數(shù)增長(zhǎng)”便是合理的假設(shè)； ⑶ 運(yùn)用數(shù)學(xué)語(yǔ)言進(jìn)行表達(dá)。即數(shù)學(xué)模型的表達(dá)形式“Nt=N0. λt” （N為種群的大小，t為時(shí)間，λ為種群的周限增長(zhǎng)率）,也可以用更直觀的曲線“J”型曲線表示 ⑷ 對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)和修正。 二、種群的數(shù)量變化 1．類型：種群的數(shù)量變化包括種群的“J”型增長(zhǎng)、“S”型增長(zhǎng)、波動(dòng)和下降。應(yīng)當(dāng)注意的是，這四種情況之間的內(nèi)在聯(lián)系：在理想的無(wú)限環(huán)境中，即資源和空間十分充足，沒(méi)有天敵和其他災(zāi)害等，種群數(shù)量會(huì)呈“J”型增長(zhǎng)；而在自然界，資源和空間總是有限的，因此，即使出現(xiàn)“J”型增長(zhǎng)，也不可能持續(xù)很久，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的增長(zhǎng)后，數(shù)量會(huì)在“K”值左右趨于穩(wěn)定，這種增長(zhǎng)模型為“S”型增長(zhǎng)；在有限環(huán)境中，種群數(shù)量是否都能在“K”值維持穩(wěn)定呢？不是的，由于氣候、食物、天敵、傳染病等因素的影響，大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動(dòng)的，在不利條件下，甚至?xí)霈F(xiàn)持續(xù)的下降乃至消亡。“種群數(shù)量的波動(dòng)和下降”，注意影響種群數(shù)量的主要因素：內(nèi)部因素（出生率、死亡率、遷入率、遷出率、年齡結(jié)構(gòu)和性比等特征，是種群統(tǒng)計(jì)學(xué)的重要特征，它們影響著種群的動(dòng)態(tài)。）；外部因素（食物、天敵、氣候）。地球的容納量是有限的，食物、水和空間是影響人口多少和增長(zhǎng)率的限制因素。自然界中多數(shù)生物種群都已達(dá)到穩(wěn)定期，總體上看，許多種群的種群數(shù)量一般不再增長(zhǎng)，而是波動(dòng)或變動(dòng)。 2．意義：研究種群的數(shù)量變化規(guī)律，不僅能夠有一定的理論意義，而且具有重大的實(shí)際意義。例如，在對(duì)待魚類的捕撈問(wèn)題上，人們總是希望每年既能捕到較多的魚，又不危及魚類種群以后的持續(xù)生存，也就是希望長(zhǎng)期獲得較高的魚產(chǎn)量。這就需要研究捕撈量和種群數(shù)量變化之間的關(guān)系，調(diào)查種群的現(xiàn)有數(shù)量，對(duì)種群的數(shù)量變化作出預(yù)測(cè)等。因此，中秋的數(shù)量變化規(guī)律是種群研究的核心問(wèn)題。 三、存活曲線 1．含義：存活曲線是表示一個(gè)種群在一定時(shí)期內(nèi)存活量的指標(biāo)，也是衡量種群增長(zhǎng)的基本參數(shù)。 2．類型： ⑴ Ⅰ型：曲線呈凹型，幼年期死亡率很高，一旦活到某一年齡后，死亡率低且穩(wěn)定。藤壺的存活曲線接近Ⅰ。 ⑵ Ⅱ型；曲線呈對(duì)角線，各年齡段死亡率相等。例如，水螅、一些鳥類和小型哺乳動(dòng)物。 ⑶ Ⅲ型：曲線呈凸型，表示接近生理壽命前只有少數(shù)個(gè)體死亡，達(dá)到生理年齡后，短期內(nèi)幾乎全部死亡。例如，大型獸類和人類的存活曲線。 3．意義：存活曲線以環(huán)境條件和對(duì)有限資源的競(jìng)爭(zhēng)為轉(zhuǎn)移。例如，人類的存活曲線因營(yíng)養(yǎng)、醫(yī)藥衛(wèi)生條件不同有很大的變化。如果環(huán)境變得適合，死亡率變得很低，種群就會(huì)突然爆發(fā)。不少農(nóng)業(yè)害蟲就是這種情況。 研究存活曲線可以判斷各種動(dòng)物種群最易受傷害的年齡，而加以人為的有效控制這一種群的數(shù)量，以達(dá)到造福人類的目的。如可以選擇最有利時(shí)間打獵或進(jìn)行害蟲防治。 四、探究“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化” 提出問(wèn)題： 作出假設(shè)： 實(shí)驗(yàn)原理： 1．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，在無(wú)氧條件下產(chǎn)生酒精和少量CO2。 2．在理想的無(wú)限環(huán)境中，沒(méi)有天敵和其他災(zāi)害，酵母菌種群呈“J”型增長(zhǎng)，自然界中資源和空間總是有限的，酵母菌種群呈“S”型增長(zhǎng)。 3．計(jì)算酵母菌數(shù)量可用抽樣檢測(cè)的方法。 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)： 1．將10mL無(wú)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．每天取樣計(jì)數(shù)酵母菌數(shù)量。 5．分析數(shù)據(jù)，畫出曲線。 表達(dá)和交流 探究“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”，是一項(xiàng)有著多方面意義和價(jià)值的探究活動(dòng)：（1）通過(guò)親自研究一個(gè)真實(shí)的種群，加深對(duì)種群數(shù)量變化知識(shí)的理解；（2）嘗試用數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量的變化；（3）運(yùn)用抽樣檢測(cè)的方法；（4）運(yùn)用顯微觀察和微生物培養(yǎng)的方法；（5）培養(yǎng)收集、整理、分析數(shù)據(jù)的能力；等等。這項(xiàng)探究在寫法上給學(xué)生留出了較大的自主探究的空間，包括作出假設(shè)、討論探究思路、制定計(jì)劃、實(shí)施計(jì)劃等。 經(jīng)典例題 例1．科研人員對(duì)海洋某種食用魚進(jìn)行研究，得出了種群數(shù)量的變化曲線，如圖所示。分析圖示，回答問(wèn)題： ⑴ 在 點(diǎn)時(shí)，種群補(bǔ)充量最大， 點(diǎn)表示種群的環(huán)境容納量（K值）。 ⑵ 該圖所示的原理在海洋生物捕撈中的指導(dǎo)意義是 。 分析：本題考查種群增長(zhǎng)“S”型曲線在實(shí)踐中的應(yīng)用。⑴根據(jù)圖示可知該海洋魚類的增長(zhǎng)近似“S”型。在曲線b處，個(gè)體增長(zhǎng)最快，對(duì)種群的補(bǔ)充里最大；在d點(diǎn)處種群增長(zhǎng)速率幾乎為0，個(gè)體數(shù)量接近K值，這時(shí)的種群數(shù)量最大。⑵從曲線的變化規(guī)律可確定捕撈量，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。 答案：⑴ b d ⑵可以根據(jù)中取得變化規(guī)律以及環(huán)境容納量，確定最適捕撈量，實(shí)現(xiàn)每年既能捕到比較多的魚類，有補(bǔ)危機(jī)海洋魚類種群以后的持續(xù)生存，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)生產(chǎn)。 例2．自然界中生物種群增長(zhǎng)常表現(xiàn)為“S”型增長(zhǎng)曲線。在下列有過(guò)種群“S”型增長(zhǎng)的正確說(shuō)法是 A．“S”型增長(zhǎng)曲線表示種群數(shù)量和食物的關(guān)系 B．中期增長(zhǎng)率在各階段是不同的 C．“S”型增長(zhǎng)曲線表示種群數(shù)量魚時(shí)間無(wú)關(guān) D．種群增長(zhǎng)不受種群密度制約 分析：此題主要考查對(duì)種群增長(zhǎng)的“S”型曲線及種群增長(zhǎng)率的理解。解題時(shí)應(yīng)注意：（1）種群增長(zhǎng)曲線是種群數(shù)量對(duì)于時(shí)間的函數(shù)關(guān)系曲線；（2）種群增長(zhǎng)率是在單位時(shí)間內(nèi)的種群數(shù)量變化，這在“S”型曲線上表現(xiàn)出各階段的不同；（3）自然條件下，會(huì)由于種群密度的增加導(dǎo)致生活資源的個(gè)體占有量減少，使種群出生率下降、死亡率增加，這是“S”型曲線形成的重要原因，說(shuō)明種群增長(zhǎng)受種群密度的制約。 答案：B 實(shí)踐探究 一、選擇題 1．右圖表示接種到一定溶積培養(yǎng)液中的酵母菌的生長(zhǎng)曲線圖，曲線中表示由于有限空間資源的限制使種內(nèi)斗爭(zhēng)最為劇烈的是 A．CD段 B．DE段 C．EF段 D．FG段 2．在下列哪種條件下，種群可能呈“J”型增長(zhǎng) A．當(dāng)食物受到限制時(shí) B．在物種適宜的環(huán)境中，食物開(kāi)始出現(xiàn)不足，但遠(yuǎn)不至于影響到該物種在這里生存 C．在一個(gè)沒(méi)有捕食者的生態(tài)系統(tǒng)中 D．在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)條件下 3．池塘養(yǎng)魚時(shí)，為保護(hù)池塘生態(tài)系統(tǒng)和長(zhǎng)期保持較高的產(chǎn)魚量，應(yīng)采取的最佳方案是 　　A．大量增加餌料的投入量 B．大量增加魚苗的投入量 　　C．及時(shí)、適量的捕撈成魚 D．限制捕魚 4．下列影響種群數(shù)量變化的決定因素是 　　A．遷入率和遷出率 B．種群大小 　　C．年齡組成 D．性別比例 5．下列不能直接影響種群數(shù)量變化的是 　　A．年齡組成和性別比例 B．人類活動(dòng) 　　C．生物的生長(zhǎng)和發(fā)育　 D．營(yíng)養(yǎng)和空間條件 二、 簡(jiǎn)答題 下圖是某一動(dòng)物物種遷入一個(gè)適宜環(huán)境后的增長(zhǎng)曲線圖，請(qǐng)回答： ⑴ 圖中的增長(zhǎng)曲線是___________形，表示K值的一點(diǎn)是_________。 　 ⑵ 圖中表示種群增長(zhǎng)速度最快的階段是___________。 　 ⑶ 遷入種群第2年后，增長(zhǎng)明顯加快的原因主要是_______________。 　 ⑷ 第8年后，種群數(shù)量趨于穩(wěn)定，阻礙種群繼續(xù)增長(zhǎng)環(huán)境因素主要有哪些：_____________。 達(dá)標(biāo)測(cè)評(píng) 一、選擇題 1．一個(gè)新的物種進(jìn)入某地后，其種群數(shù)量變化，哪一項(xiàng)是不正確的 　　A．先呈“S”形增長(zhǎng)，后呈“J”形增長(zhǎng) 　　B．先呈“J”形增長(zhǎng)，后呈“S”形增長(zhǎng) 　　C．種群數(shù)量達(dá)到K值以后會(huì)保持穩(wěn)定 　　D．K值是環(huán)境條件允許的種群增長(zhǎng)的最大值 2．如果一個(gè)種群的密度愈來(lái)愈小，下列選項(xiàng)中與之無(wú)關(guān)的是 　　A．種群處于衰退期 　　B．種群內(nèi)雄性趨于不育 　　C．種群死亡率超過(guò)出生率 　　D．群落結(jié)構(gòu)太復(fù)雜 3．下列關(guān)于種群的敘述不正確的是 　　A．種群的個(gè)體之間可以相互交配繁殖 　　B．一個(gè)種群由許多個(gè)同種個(gè)體組成 　　C．種群的個(gè)體數(shù)量是通常保持相對(duì)穩(wěn)定 　　D．種群內(nèi)的個(gè)體間常因空間和食物發(fā)生競(jìng)爭(zhēng) 4．脊椎動(dòng)物在自然界長(zhǎng)期存在的基本單位是 　　A．個(gè)體 B．成對(duì)（♀♂） C．種群 D．群落 5．某鼠種群被高速公路分隔成A、B兩個(gè)種群，A區(qū)因建化工廠而環(huán)境劇變，污水橫流，B區(qū)地勢(shì)較高無(wú)變化，經(jīng)數(shù)十年后，種群A的進(jìn)化速率很可能 　　A．比B慢 B．比B快 　　C．與B相同 D．開(kāi)始比B慢，后來(lái)比B快 6．下列對(duì)種群概念的正確敘述是 　　A．不同地域中同種生物個(gè)體的總稱 　　B．同一地域中同種生物個(gè)體的總稱 　　C．一個(gè)湖泊中各種魚類的總稱 　　D．一個(gè)生態(tài)環(huán)境中有相互關(guān)系的動(dòng)植物 7．下列關(guān)于生物種群出生率和人口出生率的敘述，不正確的是 　　A．生物種群的出生率是指單位數(shù)量的個(gè)體在單位時(shí)間內(nèi)新產(chǎn)生的個(gè)體數(shù)目 　　B．人口出生率是指單位數(shù)量的人口在單位時(shí)間內(nèi)新出生的人口數(shù)目 　　C．影響人口出生率和生物種群出生率的因素完全相同 　　D．影響人口生率和生物種群出生率的因素有很大區(qū)別 二、簡(jiǎn)答題 1．某市（包括郊區(qū)）每年都定期進(jìn)行一次全市性的投放毒餌的滅鼠活動(dòng)，試分析填表： 城區(qū)老鼠種群 效區(qū)老鼠種群 滅鼠3周后 種群密度 死亡率 滅鼠9個(gè)月后 年齡組成 出生率 遷入率 “打洞”的本領(lǐng) 躲避敵害的能力 2．20世紀(jì)30年代，人們將環(huán)頸雉引入美國(guó)的一個(gè)島嶼。環(huán)頸雉引入該島的增長(zhǎng)曲線于下圖： 環(huán)頸雉引入該島的增長(zhǎng)曲線為_(kāi)_____________，環(huán)須雉的種群數(shù)量的K值是__________，在1937～1942年，環(huán)須雉的增長(zhǎng)曲線相當(dāng)于______________。 拓展延伸 調(diào)查某草原田鼠數(shù)量時(shí)，在設(shè)置1公頃的調(diào)查區(qū)內(nèi)放置100個(gè)捕鼠籠，一夜間捕獲鼠32只，將捕獲的鼠標(biāo)記后在原地釋放，數(shù)日后，在同一地方再放置同樣數(shù)量的捕鼠籠，這次共捕獲30只，其中有上次標(biāo)記的個(gè)體10只，請(qǐng)回答下列問(wèn)題： （1）若該地區(qū)田鼠種群個(gè)體總數(shù)為N，則N= 只 A．30 B．32 C．64 D．96 （2）要使上面所計(jì)算的種群個(gè)體總數(shù)和實(shí)際相符，則在調(diào)查期必須滿足的兩個(gè)條件是 A．有較多個(gè)體遷出調(diào)查區(qū) B．調(diào)查區(qū)內(nèi)沒(méi)有較多的個(gè)體死亡 C．調(diào)查區(qū)內(nèi)沒(méi)有較多的個(gè)體出生 D．有較多的個(gè)體遷入調(diào)查區(qū) （3）若某種群有成鼠a只（計(jì)算時(shí)作為親代），每只雌鼠一生產(chǎn)仔16只，各代性別比例均為1:1，子代幼鼠均發(fā)育為成鼠，所有個(gè)體的繁殖力均相等，則從理論上計(jì)算，第n代產(chǎn)生的子代數(shù)為 A．a(chǎn)8n－1 B．a(chǎn)8n+1 C．a(chǎn)8n D．a(chǎn)8n－2 （4）若將雌雄成鼠各若干只，放在大小一定的籠內(nèi)飼養(yǎng)，讓它們交 配繁殖，且供給充足的餌料和水，則籠內(nèi)鼠數(shù)量變化和飼養(yǎng)時(shí)間之間 的關(guān)系應(yīng)是右圖曲線 。 輕松閱讀 老鼠的毀滅 研究人員把8只老鼠放進(jìn)一個(gè)大鐵盒中，4雄4雌配成對(duì)。每個(gè)老鼠家庭都有寬松獨(dú)立的房間。研究人員允許這些老鼠無(wú)節(jié)制的進(jìn)行繁殖。假如是在自然界中，老鼠會(huì)自動(dòng)將鼠數(shù)控制在一個(gè)范圍之內(nèi)。然而，鐵盒子里的條件太好了，沒(méi)有嚴(yán)寒酷暑，食物應(yīng)用盡油，所以，繁殖的成活率差不多是百分之百。很快，鐵盒子里就有了660只老鼠。 越來(lái)越多的老鼠組成一個(gè)個(gè)單獨(dú)的社會(huì)集團(tuán)，儼然一個(gè)個(gè)小國(guó)家。當(dāng)小老鼠試圖加入這些集團(tuán)時(shí)，就遭到大老鼠的拒絕。這些小老鼠就處于社會(huì)集團(tuán)的外部，它們變得極其殘暴，相互攻擊，相互殘殺，弄得個(gè)個(gè)傷痕累累。同時(shí)，加入了社會(huì)集團(tuán)的老鼠繼續(xù)繁殖，在這本來(lái)已經(jīng)很擁擠，而且充滿敵意的環(huán)境中，又有了1600只老鼠出生了。于是，當(dāng)這些老鼠長(zhǎng)大后，它們大都不會(huì)繁殖了。因?yàn)?，?dāng)它們想要交配時(shí)，這一行為很快被其他老鼠阻止了。 這樣毫無(wú)控制地繁殖，兩年后，老鼠已不再是老鼠了，研究人員稱之為非老鼠。這些非老鼠表現(xiàn)很異常，因?yàn)闆](méi)有足夠的地方居住，它們的社會(huì)組織被破壞了，它們不再彼此交配，它們所能做的就是吃食、喝水。它們無(wú)法學(xué)會(huì)為征服雌老鼠而進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，甚至連交配也忘記了，它們變得非常沉默、懶惰，對(duì)周圍的環(huán)境幾乎沒(méi)有一點(diǎn)興趣。它們已沒(méi)有了一點(diǎn)活力，已經(jīng)喪失了活下去的欲望。到最后，老鼠已經(jīng)老的不能再繁殖小老鼠了，便開(kāi)始一只一只死去，直到全部毀滅?？茖W(xué)家們做了若干次這樣的實(shí)驗(yàn)，每次都會(huì)得出相同的結(jié)果，無(wú)一例外。 第2節(jié) 種群的數(shù)量變化