人教版 (2019)选择性必修2第2节 种群数量的变化优秀第1课时学案

这是一份人教版 (2019)选择性必修2第2节 种群数量的变化优秀第1课时学案，共15页。
[学习目标] 1.尝试建立描述、解释和预测细菌种群数量变化的数学模型，总结建立数学模型的一般步骤。2.运用种群的“J”形和“S”形增长的数学模型表征种群数量变化的规律，分析和解释影响不同变化规律的因素，并应用于相关实践活动中。
一、建构种群增长模型的方法
任务一：建构某种细菌种群的增长模型
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。
2.第n代细菌数量的计算公式是什么？
提示 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？
提示 2216个。
4．以时间为横坐标、细菌数量为纵坐标，请在下面坐标图中画出细菌的数量增长曲线。
提示 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。
提示 不会；因为培养瓶中的营养物质和空间都是有限的。
6．曲线图能更直观地反映出种群的增长趋势，但是同数学公式相比，曲线图表示的模型有什么局限性？
提示 同数学公式相比，曲线图表示的模型不够精确。
建立数学模型的一般步骤
1．数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。某同学在分析某种细菌(每20 min分裂一次)在营养和空间没有限制的情况下数量变化模型时，采取如下的模型建构程序和实验步骤，你认为建构的模型和对应的操作，不合理的一组是( )
A．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？
B．提出合理假设：资源和生存空间无限时，细菌种群的增长不会受种群密度增加的制约
C．根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达：Nn＝2n
D．进一步实验或观察，对模型进行检验或修正：根据Nn＝2n画出数学曲线图
答案 D
解析 对模型进行检验或修正，需要观察、统计细菌数量，对所建立的模型进行检验或修正，D错误。
2．在营养和生存空间等没有限制的理想条件下，某细菌每20 min就分裂繁殖一代。现将该细菌种群(t个个体)接种到培养基上(资源、空间无限)，m小时后，理论上该种群的个体总数是( )
A．t·2m B．t·220
C．t·22m D．t·23m
答案 D
解析 在营养和生存空间等没有限制的理想条件下，m小时细菌繁殖代数为3m，则种群的数量为t·23m，故选D。
二、种群数量的变化
1．种群的“J”形增长
(1)含义：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)数学模型
①模型假设
a．条件：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。
b．数量变化：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。
②建立模型：t年后种群数量表达式为Nt＝N0λt。
③各参数的含义eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(N0：种群的起始数量,t：时间,Nt：t年后该种群的数量,λ：该种群数量是前一年种群数量的倍数))
2.种群的“S”形增长
(1)含义：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)数学模型
①模型假设
②建立模型
(3)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。
(4)应用
①野生大熊猫数量锐减的原因：栖息地遭到破坏，食物减少和活动范围缩小，K值变小。
②应对措施：建立自然保护区，改善栖息环境，提高环境容纳量。
3．种群数量的波动
(1)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。
(2)对于大多数生物来说，种群数量总是在波动中。
(3)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。
(4)当种群长久处于不利条件下，种群数量会出现持续性的或急剧的下降。
判断正误
(1)“J”形曲线是发生在自然界中最为普遍的种群增长模式( )
(2)种群数量达到K值以后，种群受食物、空间等因素的限制，增长速率为零，种群数量不再发生变化( )
(3)对于“S”形增长曲线，同一种群的K值不是固定不变的，会受到环境的影响( )
(4)环境容纳量即为种群数量最大值( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)×
任务二：种群“J”形增长曲线分析
1．请据图分析，种群数量变化符合数学公式：Nt＝N0λt时，种群增长曲线一定是“J”形吗？并说明理由。
提示 不一定是“J”形；当λ＜1时，种群数量减少；当λ＝1时，种群数量相对稳定；只有当λ＞1时，种群数量增多，曲线呈“J”形。
2．已知增长率和增长速率分别为：
增长率＝(现有个体数－原有个体数)/原有个体数×100%(无单位)；
增长速率＝(现有个体数－原有个体数)/增长时间(有单位，如个/年)。
请根据“J”形增长数学公式，分别构建“J”形增长种群的增长率和增长速率的曲线模型。
提示 如图所示
任务三：种群“S”形增长曲线分析
1．请结合“S”形增长曲线及其斜率变化，研究种群增长率和增长速率的变化规律。
(1)种群数量eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(＝N0，增长速率为0,K/2，增长速率逐渐减小,＝K，增长速率为0))
(2)根据以上分析，分别构建“S”形增长种群的增长率和增长速率的曲线模型。
提示 如图所示
2．同种生物的K值是固定不变的吗？哪些因素会影响动物种群的环境容纳量？
提示 同种生物的K值不是固定不变的。环境因素、生物自身的遗传特性、食物、栖息场所、天敌及其他生存条件均会影响动物种群的环境容纳量。
3．请据图分析：该种群的K值为K2。
4．如图体现了种群“J”形和“S”形增长曲线之间的关系，二者之间的阴影部分代表什么？
提示 环境阻力(按照自然选择学说，它就是在生存斗争中被淘汰的个体数量)。
任务四：环境容纳量与现实生活
1．你认为当今人口是否已达到K值？科技进步是否能够提高地球对人类的环境容纳量？有什么证据可以支持你的观点？
提示 资源危机和能源紧缺说明当今人口已经接近或达到环境容纳量。随着科技进步，农作物产量不断提高，人类开发、利用和保护资源的能力不断加强，因而可以提高地球对人类的环境容纳量。
2．请参考类似案例，分析控制家鼠种群数量的思路和措施。
(1)资料1 1976年科学家在某地区调查时，发现当年6～7月在该地采用0.2%氟乙酰胺喷雾灭鼠，当年鼠兔(高原鼠兔和中华鼢鼠)种群密度由58.66只/公顷剧降为1.88只/公顷。但4年后，种群密度恢复为165只/公顷。
以上资料中控制鼠兔数量的思路和相应具体措施是什么？该控制方法效果如何？
提示 思路：增大死亡率；具体措施：药物毒杀。该控制方法效果不持久。
(2)资料2
以上资料中控制害虫种群数量的思路和具体措施是什么？该控制方法效果如何？
提示 思路：降低环境容纳量；具体措施：引进捕食者。该控制方法效果持久，降低有害生物环境容纳量是防治有害生物的根本措施。
(3)请据以上分析，提出控制家鼠数量的思路和相应具体措施。
提示 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。
1．K值并不是种群数量的最大值
K值是环境容纳量，即一定的环境条件所能维持的种群最大数量；在环境不被破坏的情况下，种群数量会在K值附近上下波动；种群所达到的最大值有时会超过K值，但这个值存在的时间很短，因为环境已遭到破坏。
2．种群“J”形增长和“S”形增长的比较
3.如图为种群数量增长曲线，不考虑迁入和迁出，下列有关叙述不正确的是( )
A．种群的数量变化除了“J”形和“S”形增长，还有稳定、波动和下降等
B．bc段种群增长速率逐渐下降，是因为出生率小于死亡率
C．自然状态下种群数量达到K值时，种群的增长速率接近于0
D．当环境条件发生变化时，种群的K值也会发生相应的变化
答案 B
解析 bc段种群增长速率逐渐下降，但是种群的增长速率仍然大于零，出生率大于死亡率，B错误。
4．科学家对某荒原上的子午沙鼠种群数量进行连续多年的调查，获得如图所示的信息。下列叙述正确的是( )
A．第5年的子午沙鼠种群属于稳定型
B．第10年和第20年的子午沙鼠种群数量相同
C．第1～5年，子午沙鼠种群增长模型呈“S”形
D．第15～20年，子午沙鼠种群数量一直减少
答案 D
解析 第5年，λ＞1，种群数量增加，种群属于增长型，A错误；第10～20年，λ1，种群数量在不断增加，A错误；在第5～9年之间λ＝1，种群数量维持稳定，增长率为0，不符合“J”形增长，B错误；λ表示种群数量是前一年种群数量的倍数，第10年的λ值是0.5，因此第10年该种群的数量是第9年的一半，C正确；第11～12年之间λ