高中生物人教版 (新课标)必修3《稳态与环境》第2节 种群数量的变化教案设计

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第4章　种群和群落
第2节 种群数量的变化第（1课时）
【教学目标】
1.概述建构种群增长模型的方法。（知识目标）
2.举例说明种群增长的”J”型曲线,分析其产生的条件、特点和量的计算等。（知识目标）能解释“J”型增长和“S”型增长的数学建模与种群数量变化的关系。（能力目标）
3．举例说明种群增长的“S”型曲线，并与“J”型曲线作比较。（知识目标）
4.解释种群数量变化的波动原因，指出能调节种群数量变动的因素。（能力目标）
5.阐明研究种群数量变动的意义，关注人类活动对种群数量变化的影响。（情感目标）
【重难点】
1.重点：尝试建构种群增长的数学模型，并据此解释种群数量的变化。
2.难点：建构种群增长的数学模型。
【知识归纳】
一、建构种群增长模型的方法
1．假如现有一种细菌，在适宜的温度、湿度等环境下，每20 min左右通过分裂繁殖一代。
（1）细菌在适宜环境中的生殖方式是分裂生殖；
（2）1 h后，由一个细菌分裂产生的后代数量是 ；2 h后呢？ ；24 h后呢？ ；72 h后，由一个细菌分裂产生的后代数量是多少？ 。（算出一个细菌产生的后代在不同时间的数量，并填写教材P66中的表格。）
（3）n代细菌数量是多少？ 。
（4）对细菌种群数量增长而言，在什么情况下2n公式成立？ 。
（5）在教材P66图4-4中画出细菌的种群数量增长曲线。与数学方程式相比，此类数学模型的优势是 。
2．建立数学模型的一般步骤有：观察研究对象，提出问题→ →根据实验数据，用适当的 形式对事物的性质进行表达→通过进一步 等，对模型进行 。
【拓展】：在学过的生物学内容中，还有哪些生物学问题可以用数学语言来表示？
。
二、种群增长的“J”型曲线
1．种群数量是由 决定的， 等因素可以影响种群数量的变化。   
2．阅读课本P66页有关内容，思考讨论：
（1）澳大利亚野兔种群增长的原因有哪些？ 。
（2）怎样用数学语言来描述此阶段野兔种群增长的规律？
（3）如果用N0表示野兔种群的起始数量，用λ表示野兔种群数量每年的增长倍数，用Nt表示t年后野兔种群的数量，那么，Nt为多少？ 。
（4）根据上述素材，估算1869年时，野兔种群数量为多少？ 。
小结：自然界确有类似细菌在 条件下种群数量增长的形式。该种群数量增长的数学模型可表示为“J”型曲线，或数学公式：Nt= 。
3．种群的“J”型增长：
在 和 条件充裕、 适宜、没有 等理想条件下，种群个体数量往往会呈 增长 ，若以 为横坐标，以 为纵坐标，画出的曲线大致呈“J”型。
三、种群增长的“S”型曲线
1．自然界的资源和空间是有限的，当种群密度增大时， 就会加剧，其天敌数量也会 ，这会使种群的出生率 ，死亡率 。因此，种群经过一定时间的增长后，数量趋于 。
2．“S”型增长曲线：在 的环境条件下，种群经过一定时间的增长后，数量趋于
的增长曲线。 “S”型曲线出现的条件是： 、 、有 存在等非理想条件。
3．环境容纳量：在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中所能维持的种群 称为“环境容纳量──K值”。同一种群的K值是固定不变的吗？
【讨论】（1）澳大利亚野兔为什么成灾？其他地区的野兔为什么不会成灾？
。
（2）如何有效控制野兔种群的连续增长？  。
（3）为什么人类投入大量的人力和物力来消灭苍蝇和蚊子，而其数量却是有增无减呢？ 。
（4）对家鼠等有害动物的控制，从环境容纳量的角度思考，可以采取哪些措施？
。
4．重点梳理： 种群增长的“J”型曲线和“S”型增长曲线的比较
项 目
“J”型曲线
“S”型曲线

前提条件
环境资源无限（食物、空间充裕，气候适宜，没有敌害等）

环境资源有限
种群数量变化规律
数量连续增加，
N t=N 0λ t
达到环境条件允许的最大值后停止增长，保持相对稳定状态。
种群增长率
保持稳定
随种群密度上升而下降
K值的有无


四、种群数量的波动和下降
在自然界，影响种群数量的因素有 、 、 和 等，大多数种群的数量总是在 中。
【典例解析】
【例1】下图为某种群在不同环境条件下的增长曲线，据图回答：
　　





（1）A曲线呈__________型，表示种群在__________环境中的增长，B曲线呈__________型，表示种群在__________环境中的增长。
（2）全地区统一投药灭鼠，短期内能控制鼠害，但很快又会鼠灾泛滥，试根据种群变动的曲线，解释其原因。 。
【例2】下列关于种群数量变化的叙述中，不正确的是 （ ）
A．1990年紫茎泽兰（一种毒草）侵入我国四川凉山地区后，泛滥成灾，其增长曲线近似于“J”型曲线
B．对农作物合理密植时，其数量不应大于K值。
C．一个呈“S”型增长的种群，数量在K/2左右时增长率最大。
D．一个物种引入新的地区后，一定呈“J”型增长。
【例3】如图表示有限环境中某一种群增长的曲线。下列有关叙述正确的是 （ ）
时间
K
种群大小
①K值是环境条件所允许达到的种群数量最大值；
②在K值时，种群的增长率最大；
③若不考虑迁入迁出等其它因素，在K值时出生率等于死亡率；
④假设这是鱼的种群，当种群达到K值时开始捕捞，可持续获得最高产量
A．①② B．①④ C．①③ D．②④
【反馈练习】
1．下列关于种群数量的叙述中错误的是 　　 （ ）
A．种群的增长一般呈“J”型曲线
B．种群的增长一般呈“S”型曲线　　
C．种群数量的变化包括：增长、波动、稳定、下降等
D．种群的变化主要取决于迁入、迁出、出生率、死亡率等
2．在有限环境与无限环境中，种群数量增长曲线分别为 （ ）
A．“J”型、“S”型 B．“S”型、“J”型
C．“S”型、“L’型 D．“J”型、“L”型
3．在下列情况下，种群中个体数目可能会呈“J”型连续增长的是 （ ）
A．当只有食物受到限制时
B．当开始环境适合于这一个物种，但后来却不适合时
C．只有当捕猎者不存在时
D．只有在实验室中
4．右图为迁入一个新建的小牧场内的鼠群的生长曲线图。试分析曲线
中食物最有可能成为限制鼠群繁殖速度的一段是 （ ）
A．CB段 B．DE段
C．EF段 　　 D．BD段
5．下图示在理想状态下和自然环境中某生物的种群数量变化曲线。下列对阴影部分的解释正确的是（ ）









①环境中影响种群增长的阻力
②环境中允许种群增长的最大值
③其数量表示种群内迁出的个体数
④其数量表示通过生存斗争被淘汰的个体数
A. ①③ B. ②③ C. ①④ D. ②④
6．自然界生物种群增长常表现为“Ｓ”型增长曲线。下列有关说法正确的是（ ）
A、“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相同的
C、“Ｓ”型增长曲线表示了种群数量和空间的关系
D、种群增长不受种群密度的制约
7．（多选）下列有关种群数量变化的叙述中，不正确的是 （ ）
A．增长型种群的种群数量在近期内一定能快速增加
B．在环境条件没有剧烈变化时，种群数量增长趋势总呈现S型
C．农业生产中利用性引诱剂可以直接明显降低种群数量
D．种群数量与该种群个体大小有关，而与种群所处的环境条件无关
8．（多选）有人将水葫芦引入到某一国家，现在已阻塞了航道，成了影响河流和湖泊中行船的主要障碍。一株水葫芦在50天内可产生1 000个后代，其原因可能是 （ ）
A．没有天敌 B．繁殖率高
C．雨水充足 D．无竞争者
9．20世纪30年代，人们将环颈雉引入美国的一个岛屿。环颈雉引入该岛的增长曲线如右图。环颈雉引入该岛的增长曲线为 ，环颈雉的种群数量的K值是 ，在1937~1942年，环颈雉的增长曲线相当于 。








10.下图中左图表示某鼠迁入新的环境后增长率随时间的变化曲线，请分析回答：
（1）下图中右图能反映鼠种群数量变化的曲线是 （ ）

（2）对该鼠的种群密度的调查，在一范围内，t1时进行第一次捕获并标志25只，在t2时进行第二次捕捉，并捕获未标志的30只，标志的10只，该鼠的种群数量应为（ ）
A．大于100只 B．等于100只 C．小于100只 D．约为75只
（3）该鼠在t2时期后，种群数量不再增长的主要原因是 。
（4）在t1时该种群的年龄组成最可能为 ，判断的根据是
。








第4章 种群和群落
第2节 种群数量的变化（第2课时，实验探究）
【教学目标】
1．尝试用样方法或标志重捕法调查某种群的种群密度。（能力目标）
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。（能力目标）
3．关注实验探究的一般程序和微生物的计数方法。（情感目标）
【重难点】实验探究培养液中酵母菌种群数量的变化。
【知识归纳】
一、调查某生物种群的种群密度
1．测定植物种群密度最常用的方法是 法，取样的关键是要做到 ， 常用的取样方法有 法和 法。
【例1】种群是构成群落的基本单元。种群研究的核心问题是种群数量的变化规律。
(1)研究种群数量变化的规律有着重要意义。试举一例： 。
(2)下左图示某小组的同学在进行双子叶草本苦荬菜种群密度调查时确定的小样方之一，圆圈表示个体。请将应该计数的圆圈涂黑。
(3)上右表是该班级10个小组的调查结果，则该地块苦荬菜的种群密度为 。
【变式训练】如果调查的是一块蒲公英分布比较均匀的地块，10个小组各统计了一个样方的结果如下表：
组别
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
株数
0
3
3
2
2
3
3
9
4
3
经实际询问有2个组所报数值是不真实的。这两个组最可能是第 组。如果这两组的实际数据之和为5株，则该地块的蒲公英的种群密度为 。
2．由于许多动物的活动能力 ，活动范围 ，所以测定动物种群密度常用的方法是 法，即在被调查种群的样地中，捕获一部分动物，将这些个体进行 后再放回到原来的环境中，经过一段时间后进行重捕，根据重捕取样中的 比例与样地总数中的 比例相等的假定，来估算该种群内的个体数量（N）。
3．模拟动物种群密度调查的标记重捕法实验（详见苏教P54），思考讨论：
（1）为什么将50粒红豆放入盛有黄豆的大烧杯中要充分搅拌？
（2）抓取豆子时为什么要闭眼？除此之外，还有哪些做法可减少调查中的误差？
二、探究培养液中酵母菌种群数量的变化
1．实验中酵母菌数量的统计常用 法，为确保数据的抽样准确性，可采用血球计数板计数法
【知识拓展】 单细胞的计数方法——血球计数板计数法
血球计数板是由一块厚玻片特制而成，其中央有两个计数室。每个计数室划分出9个大方格，每格面积1mm2，加盖玻片后的深度为0.1mm。因此，每大方格容积为0.1mm。另外，中央大方格以双线等分为25个中方格。每个中方格又分16个小方格，供细胞计数用。
计数方法：首先用吸管吸取少许稀释倍数的单细胞悬液，从盖片端滴一小滴（不宜过多），液体自行向内渗入，静置数分钟后，再放在微镜下观察计数。一般选取计数室内四个角及中央五个中方格（80小方格）计数，若细胞位于小方格的线上，应遵循“数上线不数下线，数左线不数右线”的原则，以减少误差。计数应重复3次，取其平均值。数完毕后，依下式计算：每1mL悬液细胞数或每克细胞数＝80个小方格细胞总数 / 80×400×10000×稀释倍数
【例2】某生物兴趣小组开展探究实验，课题是：“培养液中酵母菌种群数量与时间的变化关系”。
实验材料： 菌种和无菌马铃薯培养液、试管、血球计数板、滴管、显微镜等。
酵母菌的显微计数方法
1．血球计数板：是带有微小方格(2 mm×2 mm方格)刻度的玻璃片，用于在显微镜下对血细胞、微生物的计数。
2．将含有酵母菌的培养液滴在计数板上，计数一个小方格内的酵母菌数量，再以此为根据，估算试管中的酵母菌总数。连续观察7天，并记录每天的数值。
根据以上叙述回答下列问题：
（1）根据所学知识，该课题的实验假设是：开始在资源和空间无限多的环境中，酵母菌呈J型增长 ；随着时间的推移，由于______________，酵母菌呈S型增长。
（2）本实验没有另设置对照实验，原因是_____________________。该实验是否需要重复实验？_____________________，试解释原因____________________________。
（3）在吸取培养液制片前，要轻轻震荡几次试管，原因是_____________________。如果一个小方格内酵母菌过多，难以数清，应当采取的措施是_____________________。对于压在小方格界线上的酵母菌，应当怎样计数？____________________________。
（4）请你设计表格处理实验的数据。

（5）在该实验的基础上，根据你对影响酵母菌种群生长的因素的推测，进一步确定一个探究实验的课题：_________________________________________________。
【反馈练习】
1．在植物种群密度调查中，对于分布范围较大、个体较小的种群宜采用的方法是（ ）
A逐个计数
C 随机选取若干个样方，计算所有样方种群密度的平均值
B 标记重捕法
D随机选取一个样方，计算其种群密度
2．用标记重捕法来估计某个种群的个体数量，例如在对某种鼠群的种群密度的调查中，第一次捕获并标志39只，第二次捕获34只，其中有标志鼠15只，则对该种群的数量估计，不正确的是（ ）
A．可按比例计算出该种群数量
B．该种群数量大约为88只
C．该种群数量大约为100只
D．N=39×34÷15（N表示该种群数量）
3．下列有关植物种群密度调查的叙述正确的是（ ）
A 样方的大小越小越有利于统计获得准确的数据
B取样时可挑选某种群个体相对集中的地方
C为减少工作量，样方的数目可相对少一些
D 取样时不能掺入主观因素
4．在用标记重捕法调查动物种群密度时，下列标记的有关叙述错误的是 （ ）
A 标记符号只需维持较短时间即可
B 标记物不能影响动物的正常活动
C 标记不能导致动物发生疾病、感染等
D 标记不能过于醒目
5．对雪兔的种群大小无直接影响的是（ ）
A．以雪兔为食的猞猁的数量
B．栖息地土壤的理化性质
C．栖息地青草的生长状况
D．人类对雪兔的捕杀
6．在一普通的锥形瓶中，加入含有酵母菌的葡萄糖溶液，如下右图所示。在以下有关坐标图中不正确的是 （ ）

7．（多选）下列有关 “探究培养液中酵母菌种群数量的变化”叙述中，正确的是（ ）
A 在从试管中吸出培养液进行计数之前，要将试管轻轻震荡几次
B本探究实验由于有前后的自身对照，因此可不设置对照实验
C若一个小方格中酵母菌过多，可增加培养液的稀释倍数
D计数时应统计小格中所有的酵母菌，包括各条边界线上的酵母菌
8．（多选）下列生物学研究方法正确的是 （ ）
A．利用纸层析法分离叶绿体中的色素
B．利用同位素示踪法研究光合作用中碳原子的转移途径
C．利用饲喂法研究胰岛素的生理作用
D．利用取样调查法研究种群的密度
9．在锥形瓶内装入一定量液体培养基，接入N0个乳酸菌之后密封，放在25℃温箱中连续培养若干小时，其间每30分钟测定一次菌数，测得数量变化曲线如下图。请分析并回答问题：












（1）用N表示总菌数，N0表示初始菌数，t表示增殖世代数，乳酸菌数量增长的数学表达式为 (假设生长条件理想稳定)。当在理想条件下乳酸菌每30分钟繁殖一代，按上式计算，当N0=1000时，连续培养5小时，总菌数可达____________________________个；
（2）在实际培养条件下，乳酸菌增长速度与理想条件下乳酸菌增长速度不同，如果5小时前的总菌数等于活菌数，请在上面的图中将5小时后的活菌数的变化曲线画出来；造成菌群密度变化的外界因素是______________________________________________；
（3）培养基中不断产生的乳酸来自乳酸菌的_________________________；
（4）实验过程中，为什么要在25℃的条件下进行？____________________。
【问题征集】：你在本章第一、二节学习中还有哪些困惑？请罗列在下面，老师会有针对性地作出解答。














第一课时部分参考答案：
【例1】解析：在食物（养料）和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害的理想条件下，种群的数量往往会连续增长，呈现“J”型曲线。但在有阻力的生存条件下，种群增长呈现“S”型曲线。答案：（1）J　理想　S　环境阻力存在（或有阻力）　　（3）原因是：①老鼠种群中本来存在抗药性个体。②毒杀的是不抗药性个体。③对于抗药性个体和未接触药物的个体来说，随着种群密度减小，剩余个体数目在理想环境下会以指数式增长，若干时期后，又会较快恢复原有种群数量。
9．答案：“S”型 2500 “J”型
解析：种群数量的K值是一定空间中所能维持的最大数量，图中最大值为2500
第一课时部分参考答案：
【例1】生物学有规定：对于一个标准样方，若四边均有个体时，取相邻两边（不是四边）的个体数。此外，对于统计结果的处理，若统计结果偏离平均数过多或过少，均为无效样方，都应舍去，本题中第1组、第6组均为无效样方。
本题答案为：(1)害虫防治(只要合理均给分) (2)（只要是计数样方内部和相邻两边其及顶角个体的均正确 (3)3株／m2
【点评】注意学会用样方法调查植物种群密度的一般规定。
【例2】本题以探究 “培养液中酵母菌种群数量的变化”为核心，考查该探究实验的一些共性问题。
【解】（1）由于酵母菌接种计数板的小方格内，其空间和资源是有限的，因此一段时间后的数量会趋于稳定，即呈“S”型增长。（2）本实验是定量实验，为保证数据的准确性，需要进行重复实验以取其平均值，可尽量减少数据的误差。（3）计数时为保证做到随机取样，在吸收培养液时要轻轻振荡，使其中的菌体分布均匀。（4）表格的设计栏目中要有“平均”这一项。（5）进一步探究课题的确定可围绕影响酵母菌生长繁殖的环境因素来确定。
本题答案为：（1）环境中资源和空间有限 （2）该实验在时间上形成前后自身对照 需要 为了提高实验数据的准确性（3）使酵母菌分布均匀 增加稀释倍数 上下和左右只计一边线上菌体（4）
时间（天）
次数
1
2
3
4
5
6
7
1







2







3







平均







（5）酵母菌的种群数量与营养物质（代谢废物或pH或溶氧等）的变化关系
9． (1)1.024×1024；(2)见下图、生存空间和可利用手有机物在不断减少；(3)发酵或无氧呼吸；(4)25℃的条件下酶的催化效率最高；