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第2节种群数量的变化编号：13编写人：李宗彪时间：2006-3-4学习目标：1、说明建构种群增长模型的方法；2、通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化，尝试建构种群增长的数学模型。3、用数学模型解释种群数量的变化。4、关注人类活动对种群数量变化的影响。学习过程：一、建构种群增长模型的方法1、数学模型：2、建立数学模型的一般步骤：①观察研究对象，提出问题这是建立数学模型的基础，在这一基础上运用数学方法将生物学问题转化为数学问题。②提出合理的假设这是数学模型成立的前提条件，假设不同，所建立的数学模型也不相同。③根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达要认识到数学模型所蕴涵的生物学意义。④通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正在理想状态下细菌种群数量增长的数学模型是比较简单的，而生物学中大量现象与规律是极为复杂的，存在着许多不确定因素和例外的现象，需要通过大量实验或观察，对模型进行检验和修正。填写课本66页图4—4，来体验用数学模型来描述细菌种群的增长，在构建数学模型时，常用到两种模型：数学方程式和曲线图，其中曲线更能直观地反映出种群增长的趋势。3、建构数学模型的意义数学模型是联系实际问题与数学的桥梁，具有解释、判断、预测等重要功能。在科学研究中，数学模型是发现问题、解决问题和探索新规律的有效途径之一例1、如某一年生植物初始种群有10个个体，每个个体产生10粒可育种子，当年亲本死亡，若按此生育率计算，第五年该种群将有105个个体（成年植株）。二、种群增长的“J”型曲线[阅读材料]水葫芦原产于南美，在原产地巴西由于受生物天敌的控制，仅以一种观赏性种群零散分布于水体，1844年在美国的博览会上曾被喻为“美化世界的淡紫色花冠”。自此以后，水葫芦被作为观赏植物引种栽培，现已在亚、非、欧、北美洲等数十个国家造成危害，在北纬40（葡萄牙）至南纬（新西兰）之间的大部分热带、亚热带地区均在分布，并形成患害。19世纪期间引入东南亚，1901年作为花卉引入中国，30年代作为畜禽饲料引入中国内地各省，并作为观赏和净化水质的植物推广种植，后逃逸为野生。由于其无性繁殖速度极快，现已广泛分布于华北、华东、华中、华南和西南的19个省市，尤以云南（昆明）、江苏、浙江、福建、四川、湖南、湖北、河南等省的入侵严重，并已扩散到温带地区，如锦州、营口一带均有分布。水葫芦主要分布于河流、湖泊、水库、池塘，往往形成单一的优势群落，排挤当地本土水生植物，那些依赖这些水生植物生存的动物也会受到威胁。水葫芦原产地南美洲有200多种天敌昆虫，使其在原产地不会泛滥成灾。而在中国，水葫芦失去了天敌，虽有70多种生物能取食该草，但专一性不强，如节肢类、螨类、真菌类、鱼类、蟹类均非专一性天敌，控制力很弱。仅有一种蜗牛和一种鳞翅目昆虫以及少数病原菌是其较强的天敌，但天敌势力单薄，无力控制水葫芦疯长，是以泛滥成灾。不少地方水葫芦生长速度超过控制速度，控制效果并不理想。水葫芦在中国造成的经济损失每年约在1亿或亿元以上。1、数学方程式模型条件：模型：参数意义：N0:t:Nt:λ:2、曲线模型在现实条件下，“J”型数量增长的两种情形：一是在实验条件下（理想状态）；二是在当一个种群刚迁入一个新的适宜环境时。例2、生活在日本的一种金龟甲虫，进入美国后，在美国比在日本危害更为严重，其原因是A.雨量充沛B.天敌较少C.植物较多D.环境无污染例3、我国海关对凡入境的货物都进行严格检疫，严禁境外有害生物（包括虫卵和微生物）流入境内，若有害生物一旦流入境内适宜的环境中，结果是①有害生物的数量在一段时间内呈“J”型增长②其天敌数量较多③境内生物多样性受到威胁④很快被淘汰A.①②B.③④C.①③D.②④例4、图1－5－5中表示在良好的生长环境下，“小球藻分裂中的细胞数量”“鸡产蛋数量”（每天产一枚）和“竹子自然生长的高度”这三种现象与时间的关系依次是数量数量数量数量时间时间时间时间甲乙丙丁图1－5－5A.乙、甲、丁B.甲、丙、乙C.丙、甲、乙D.丁、乙、丙例5、在原产地以外定居、生长、繁育的生物种被称为“外来种”或“侵入种”。近年来，人们对物种入侵的后果及对策格外关注。请回答：（1）目前在我国一些地区引进的大米草、水葫芦等外来种急剧生长，甚至取代当地的优势物种，这一现象引起了各界的关注。请依据生态原理回答：①外来种在侵入地区定居扩张的原因是环境条件适宜，没有捕食者(或没有天敌)。②外来种对原有生态系统产生的影响是破坏原有生态系统的平衡。（2）在我国温带水域，水葫芦生长旺盛，既可消除水体中多余的养分，又可作为饲料和绿肥，发挥了较好的生态效益。然而，把它们引种到亚热带水域却因生长过于旺盛而引发了生态灾难。请简要说明产生这种差异的自然地理原因。答案：亚热带水域水温高，且热量条件优于温带，水葫芦一年四季均可生长，温带水域冬季水温低且气候寒冷，水葫芦难以生长。思考：这些让野兔快速增长的条件会不会一直存在，野兔最终的发展趋势是什么？三、种群增长的“S”型曲线如果自然界的生物种群都是以“J”型方式增长，地球早就无法承受了。思考：1.你认为高斯得出种群经过一定时间的增长后，呈“S”型曲线的原因是什么？2.在高斯实验的基础上，如果要进一步搞清是空间的限制，还是资源（食物）的限制，该如何进行实验设计？3.如何理解K值的前提条件“在环境条件不受破坏的情况下”？请举例说明。请在下图“J”型曲线坐标系中画出“S”曲线，并标出K值回答：1、为什么以前仅仅从杀死老鼠入手不能很好的制止鼠害，有时甚至是老鼠更加猖狂。采取哪些措施可以有效降低家鼠的环境容纳量（k值）。2、为什么农田中防治害虫用生物方法比用化学农药的方法更有效？例6、下图是某一动物物种迁入一个适宜环境后的增长曲线图，请回答：（l）图中的增长曲线是____s_______形，表示K值的一点是_____d____。（2）图中表示种群增长速度最快的阶段是___b________。（3）迁入种群第2年后，增长明显加快的原因主要是__食物充足又无天敌______。（4）第8年后，种群数量趋于稳定，阻碍种群继续增长环境因素主要有哪些：食物减少，天敌增加。例7、下列关于种群增长的“J”型曲线和“S”型曲线的叙述中，不正确的是A.某种群迁入一个新环境后，在一定时期内出现“J”型增长B.在自然界中，种群不可能按“J”型曲线无限增长C.当种群数量达到K值时，种群的增长方式呈“S”型曲线D.在一定的时期内，某种群的增长先出现“S”型曲线例8、自然界中生物种群增长常表现为“S”型曲线。下列有关种群“S”型增长曲线的正确说法是2A.“S”型增长曲线表示了种群数量和食物的关系B.种群增长率在各阶段是不同的C.“S”型增长曲线表示了种群数量与时间无关D.种群增长不受种群密度的制约例9、关于种群数量变化的叙述错误的是3A.种群数量的变化包括增长、波动、稳定和下降等B.种群数量的变化主要是由迁入、迁出、出生和死亡引起的C.在自然界中，种群的增长一般呈“J”型型曲线D.在自然界中，种群的增长一般呈“S”型曲线四、种群数量的波动和下降改变一个认识上的误区：目前自然界的种群还在以“J”型曲线或“S”型曲线增长。实际上，总体上看多数种群的数量一般不再增长而是维持在某个值上波动变化。回答：种群数量为什么会维持在一定范围？书上的关于东亚飞蝗的曲线图，说明了种群数量的波动性也说明了稳定性。回答：种群数量是围绕哪个值上下波动的。结合课本上捕鲸的例子.思考，影响种群数量摆动不定的因素有哪些？例10、在南海岛上迁入某种动物，那里土地肥沃，气候宜人，生存环境优越。若干年后，岛上该动物种群数量增长如下图曲线所示，请回答：（1）该岛在m年内，该动物增长是“J”型曲线，当该动物数量接近n线时，环境阻力越来越大，n是该岛环境条件允许最大值（K）。（2）当该动物数量强行增长到O点时，就会很快下降至P点，原因是该动物剧增后，岛上生活资源发生短缺，各种因素使生态环境遭到破环，加上该动物为了争夺生活资源而发生种内斗争。（3）若干年后，岛上该动物数又从P点上升到Q点并稳定在n线以下，以上说明岛上生态系统的_承载能力是有限的，生物的发展必须遵循生态系统的__生态平衡规律（自然规律），实现生态系统的良性循环。五、探究培养液中酵母菌种群数量的变化提出问题：作出假设：实验原理：1、酵母菌是兼性厌氧微生物，在有氧条件下能产生较多的CO2，在无氧条件下产生酒精和少量CO2。2、在理想的无限环境中，没有天敌和其他灾害，酵母菌种群呈“J”型增长，自然界中资源和空间总是有限的，酵母菌种群呈“S”型增长。3、计算酵母菌数量可用抽样检测的方法。进行实验：1、将10mL无菌马铃薯培养液或肉汤培养液加入试管中。2、将酵母菌接种入试管中的培养液。3、将试管放在25℃条件下培养。4、每天取样计数酵母菌数量。5、分析数据，画出曲线。表达和交流例11、用酵母菌酿酒的主要阶段为：加料、接种、通气培养、密封发酵。从接种后到密封前一阶段，酵母菌种群数量变化的曲线为3第2节种群数量的变化当堂检测编号：13编写人：李宗彪时间：2006-3-41、下图如果是一个鼠群迁入一个新的生态系统后的生长曲线图。试分析在曲线中哪段表示食物最可能成为鼠群繁殖速度的限制因素CBDEF鼠的数量时间A.EF段B.DF段C.BD段D.CB段2、如图为某种群在不同生态环境中的增长曲线，请仔细分析图中曲线后回答下列问题：个体数量时间ab（1）如果种群处在一个理想的环境中，没有资源和空间的限制，种群内个体的增长曲线是________，用达尔文进化的观点分析，这是由于生物具有________特性。（2）如果将该种群置于有限制的自然环境中，种群内个体数量的增长曲线是________，用达尔文的进化观点分析，图中的阴影部分表示________________________________。（3）影响种群密度的主要因素是种群的________、________、________和________。（4）种群的年龄组成大致分三种类型________、________、________。答案：1、A2、（1）a过度繁殖（2）b通过生存斗争被淘汰的个体数量（3）年龄组成性别比例出生率死亡率（4）增长型稳定型衰退型