新教材选择性必修二：1-2 种群数量的变化（导学案）

第1章　种群及其动态
第2节　种群数量的变化（导学案）
学习目标 核心素养
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。 1.生命观念：种群“S”形增长的内容，揭示了种群数量在有限条件下通过种内调节维持相对稳定的机制，体现了稳态与平衡观。2．科学思维：建立和运用数学模型，即用数学模型来表征、解释和预测种群的数量变化。3．科学探究：探究培养液中酵母菌种群数量的变化。4．社会责任：濒危物种保护、有害动物防治。
知识梳理
知识点一　建构种群增长模型的方法
1．数学模型
(1)概念：用来描述一个系统或它的性质的数学形式。
(2)作用：描述、解释和预测种群数量的变化。
2．建构方法
项目 研究方法 研究实例
提出问题 观察研究对象，提出问题 细菌每20 min分裂一次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量
合理假设 提出合理的假设 在资源和生存空间没有限制的条件下，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响
建立模型 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 ①数学公式Nn＝2n(N代表细菌数量，n表示第几代)②曲线图
检验修正 通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正 观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或修正
知识点二　种群数量变化曲线
1．种群的“J”形增长
(1)概念
自然界有类似细菌在理想条件下种群增长的形式，如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出曲线来表示，曲线则大致呈“J”形。
(2)建构数学模型
①模型假设
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倍数增长，第二年的数量是第一年的λ倍。
②建立模型
t年后种群数量为Nt＝N0λt。
③曲线图
2．种群的“S”形增长
(1)概念：种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定，增长曲线呈“S”形。
(2)形成原因
(3)环境容纳量概念：一定的环境条件所能维持的种群最大数量，又称K值。同一种群的K值不是固定不变的，会随着环境条件的改变而变化。
(4)种群增长速率的变化
除起点与终点外，“S”形曲线种群增长速率一直大于0。
3．实践应用
(1)野生大熊猫：通过建立自然保护区，改善栖息环境，从而提高环境容纳量，是保护大熊猫的根本措施。
(2)有害生物的防治：降低有害生物环境容纳量是防治有害生物的根本措施。
控制家鼠数量的思路和相应具体措施
①思路：增大死亡率。具体措施：机械捕杀、药物毒杀等。
②思路：降低出生率。具体措施：施用避孕药、降低生殖率的激素等。
③思路：降低环境容纳量。具体措施：养殖家猫捕食家鼠、搞好环境卫生、硬化地面、安全储藏食物等。
4．种群数量的波动
(1)波动
在自然界，有的种群能够在一段时期内维持数量的相对稳定。但对于大多数生物的种群来说，种群数量总是在波动中。处于波动状态的种群，在某些特定条件下可能出现种群爆发。
(2)下降
①当种群长久处于不利条件下，如遭遇人类乱捕滥杀和栖息地破坏，种群数量会出现持续性的或急剧的下降。
②种群的延续需要有一定的个体数量为基础。当一个种群的数量过少，种群可能会由于近亲繁殖等原因而衰退、消亡。
知识点三　探究培养液中酵母菌种群数量的变化
1．提出问题：培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的？
2．材料用具：酵母菌、无菌马铃薯培养液或肉汤培养液、试管、血细胞计数板、滴管、显微镜等。
3．实验步骤
4．实验结果分析
酵母菌增长数量曲线图(如图1)及酵母菌增长速率曲线图(如图2)
增长曲线的总趋势是先增加再降低。原因是在开始时培养液的营养充足，空间充裕，条件适宜，因此酵母菌大量繁殖，种群数量剧增，随着酵母菌数量的不断增多，营养消耗，pH变化、有害产物积累等，使生存条件恶化，酵母菌死亡率高于出生率，种群数量下降。
5.实验操作的注意事项
(1)每天计数酵母菌数量的时间要固定。
(2)若一个小方格内酵母菌过多，难以数清，要将培养液稀释一定倍数，再重新计数。
(3)制片时，要先在计数室上盖上盖玻片，然后用吸管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入，多余培养液用滤纸吸去。
(4)由于计数室中的菌悬液有一定的高度(0.1 mm)，故需要让细胞沉降到计数室底部的网格线中，避免细胞分布在不同液层深度，导致计数时被遗漏。
用数学模型表现细菌种群数量的增长时，曲线图与数学公式相比，具有什么优点和局限性？
提示：曲线图与数学公式相比，优点是更直观地反映出种群的增长趋势，局限性是没有数学公式精确。
　种群“J”形增长的Nt＝N0λt数学模型中，当λ>1，λ＝1,0<λ<1，λ＝0时，种群数量分别将如何变化？
提示：λ>1，种群数量上升；λ＝1，种群数量稳定；0<λ<1，种群数量下降；λ＝0，雌体没有繁殖，种群在下一代中灭亡。
在“S”形曲线中，有一段时期近似于“J”形曲线，这一段是否等同于“J”形曲线？
提示：不是。因为“J”形曲线是理想条件下的种群增长趋势，“S”形曲线是在环境条件有限的情况下种群的增长趋势。
　本实验需要设置对照吗？需要做重复实验吗？
提示：本实验不需要设置对照实验，因不同时间取样已形成相互对照。需要做重复实验，目的是减少误差，即对每个样品计数三次，取其平均值。
从试管中吸出培养液进行计数之前，需将试管轻轻振荡几次，试分析其原因。
提示：从试管中吸出培养液进行计数前，需将试管轻轻振荡几次，目的是使培养液中的酵母菌均匀分布，减小误差。
　对于压在小方格界线上的酵母菌应当怎样计数？
提示：对于压在小方格界线上的酵母菌，应遵循“数上线不数下线，数左线不数右线”的原则计数。
　课堂小结
笔记空间
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