高中生物必修3 稳态与环境4

高中生物必修3 稳态与环境4

1、怎样建构种群数量增长的模型？ 2、种群的数量是怎样变化的？ 3、什么是环境容纳量？ 4、影响种群数量变化的因素有哪些？ 本节聚焦 必修3 第4章 第2节 种群数量的变化 教学重点 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。  教学难点   建构种群增长的数学模型。 课时安排 2课时 1. 细菌是真核生物还是原核生物？ 2 ． 细菌的繁殖的方式是什么？ 0 20 40 60 n ? 3 ． 细菌繁殖了n代后的数量是多少？ 细菌增长的数学模型研究 4 ． 请在作业纸上绘制细菌增长的曲线图。 问题探讨 时间（min） 细胞数 0 20 40 60 80 100 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 分裂 细菌繁殖产生的后代数量 一、建构种群增长模型的方法 在营养和生存空间没有限制的情况下，某1个细菌每20分钟分裂繁殖一代。讨论： ①n代细菌数量的计算公式？ ②72小时后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？ ③在一个培养基中，细菌的数量会一直按照这个公式增长吗？如何验证你的观点？ N n ＝２ n 解：n＝ 60min x72h／20min＝216 　　N n ＝２ n ＝ 2 216 ③ 细菌数量不会永远按这个公式增长。可以用实验计数法来验证。 将数学公式（N n ＝2 n ）变为曲线图 时间分钟 20 40 60 80 100 120 140 160 180 细菌数量 曲线图与数学方程式比较，优缺点？ 直观， 但不够精确。 2 4 8 16 32 64 128 256 512 一、建构种群增长模型的方法 1.数学模型： 是用来描述一个系统或它的性质的数学形式 4.数学模型建构的步骤 2. 数学模型的表现形式: 数学方程式 曲线图 3. 建构数学模型的意义: 描述、解释和预测种群数量的变化。 数学模型的建构步骤： 研究实例 研究方法 细菌每20min分裂一次 在资源和空间 无限多 的环境中，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响 N n =2 n N代表细菌数量，n表示第几代 观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或修正 提出合理的假设 观察研究对象，提出问题 根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达 通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正 细菌的数量／个 理想条件下细菌数量增长的推测，自然界中有此类型吗？ 某海岛上环颈雉 种群数量的变化 　　自然界确有类似的细菌在理想条件下种群数量增长的形式，如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出曲线来表示，曲线大致呈 “Ｊ” 型． 二、种群增长的“J”型曲线 [思考1]： 澳大利亚野兔能指数增长的特殊原因是什么呢？ ①没有天敌。 ②充足的食物。 ③广阔的生活空间 实例1： 澳大利亚本来并没有兔子。 1859年，24只欧洲野兔从英国被带到了澳大利亚。这些野兔发现自己来到了天堂。因为这里有茂盛的牧草，却没有鹰等天敌。这里的土壤疏松，打洞做窝非常方便。于是，兔子开始了几乎不受任何限制的大量繁殖。不到100年，兔子的数量达到6 亿只以上，遍布整个大陆。 实例1： 20世纪30年代，人们将环颈雉引入美国华盛顿州的一个 海岛。1937—1942年间数量增长： “ J ” 型增长的数学模型 1、产生条件： 理想状态 —— 食物充足，空间不限，气候适宜，没有敌害等； （ N 0 为起始数量， t为时间，N t 表示t年后该种群的数量，λ为年均增长率。） 2、种群 “ J ” 型增长的数学模型公式： N t =N 0 λ t 种群的数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的 λ倍 。 例：我国自1393－1990年以来人口统计数据如下： 以上人口增长曲线符合哪种类型？ 按照此曲线发展下去将会出现什么状况，鉴于我国人口的现状应当采取什么措施？ 年份 1393 1578 1764 1849 1928 1982 1990 亿 0.6 0.6 2.0 4.1 4.7 10.3 11.6 存在 环境阻力 ——— 　　 自然条件（现实状态） —— 食物等资源和空间总是有限的，种内竞争不断加剧，捕食者数量不断增加。导致该种群的出生率降低，死亡率增高． 　 当出生率与出生率相等时，种群的增长就会停止，有时会稳定在一定的水平． 有实例证明吗？ [例] 生态学家高斯的实验 　 种群经过一定时间的增长后， 数量趋于稳定的增长 曲线，称为 “ S ” 型曲线． 大草履虫种群的增长曲线 P 67 种群数量达到环境所允许的最大值（K值）后，将停止增长并在K值左右保持相对稳定。 A 三、种群增长的“S”型曲线 A 种群数量达到K值时， 种群— 增长停止 种群数量在 K/2值时， 种群— 增长最快 种群数量 小于K/2值时 种群— 增长逐渐加快 种群数量 大于K/2值时 种群— 增长逐渐减慢 问题探讨 （1）问题探讨： ① “S” 型曲线：种群经过一定时间的增长后，数量 曲线。 ②该实验中在第 天时增长率最快。 ③环境容纳量（又称 ）：在环境条件 的情况下，一定空间中所能维持的种群的最大的数量称为环境容纳量。 趋于稳定 2、3 K值 不受到破坏 k/2 0 100 200 300 400 1 2 3 4 5 6 7 时间/天 酵母数 环境阻力 食物不足 空间有限 种内斗争 天敌捕食 气候不适 寄生虫 传染病等 K值:环境容纳量 （ 2 ）种群的“ S ”型增长到 K 值后不再继续增加的原因： 内因是： 外因是： 种群的出生率和死亡率、迁入和迁出率相等 自然界的资源和空间是有限的 种群增长的 “ J ” 型曲线 种群增长的 “ S ” 型曲线 在食物（养料）和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等 理想条件 下，种群的数量往往会 连续快速 增长. 在食物（养料）和空间等 有限的条件 下，种群数量呈现 S 型 增长趋势. N 0 : 该种群的起始数量 λ: 种群数量是一年前的倍数 N t = N 0 ×λ t K值： 环境容纳量 k/2处： 种群增长 速度最快 种群增长的 “ J ” 型曲线 种群增长的 “ S ” 型曲线 1、同一种群的K值是固定不变的吗？ 思考讨论 2、对大熊猫应采取什么保护措施？ 3、对家鼠等有害动物的控制，应采取什么措施？从环境容纳量的角度看，能得到什么启发？ 4、种群数量达到K值时，都能在K值维持稳定吗？ 对家鼠等有害动物的控制，可以采取器械捕杀、药物捕杀等措施。从环境容纳量的角度思考，可以采取措施降低有害动物种群的环境容纳量，如将食物储藏在安全处，断绝或减少它们的食物来源；室内采取硬化地面等措施，减少它们挖造巢穴的场所；养殖或释放它们的天敌，等等。 大多数种群的数量总是在波动之中的，在不利条件之下，还会急剧下降，甚至灭亡。 四、种群数量的波动和下降 东亚飞蝗种群数量的波动 　　在现实的生态系统中，种群数量除增长外，还有没有其他变化？ 四、 种群数量的波动和下降 种群的数量是由出生率和死亡率、迁入率和迁出率决定的，因此，凡是影响上述种群特征的因素，都会引起种群数量的变化。 环境因素 种群的出生率、死亡率、迁出和迁入 种群数量的变化 气候、食物、被捕食、传染病等 增或减 增长、波动、稳定、下降等 影响种群数量变化的因素 （1）有利于野生生物资源的合理利用及保护。 （2）为人工养殖及种植业中合理控制种群数量、适时捕捞、采伐等提供理论指导。 （3）通过研究种群数量变动规律，为害虫的预测及防治提供科学依据。 五．研究种群数量变化有何意义？ （4）有利于对濒危动物种群的拯救和恢复。 　　家鼠繁殖力极强，善于打洞，偷吃粮食，传播疾病危害极大，应该采取哪些措施控制家鼠数量？ 有害生物的控制 老鼠 机械捕杀 施用激素 药物捕杀 施用避孕药 养殖或释放天敌 将食物储存在安全处 降低 繁殖率 减少数量 增大环境阻力 降低环境容纳量 打扫卫生 硬化地面 时间 种群数量 1.减少数量 机械捕杀 药物捕杀 J型 环境阻力 时间 种群数量 K值 2.增大环境阻力降低环境容纳量 S型 K值降低 J型 环境阻力 时间 种群数量 2.增大环境阻力降低环境容纳量 1.减少数量： 机械捕杀、药物捕杀 哪种措施较能从实质上解决问题? 2.增大环境阻力降低环境容纳量： 养殖或释放天敌、打扫卫生、 硬化地面、将食物储存在安全处 3.降低繁殖率： 性激素干扰等 课堂讨论 　　A. 大熊猫食性单一、繁殖率低、生活在海拔较高的山岭里，活动范围需求广。 　　试分析大熊猫数量日益减少的原因?你能提出保护大熊猫措施吗？ 保护大熊猫的措施？ 提高繁殖率, 建立自然保护区，给大熊猫更宽广的生活空间，保护环境，改善她们的栖息环境，帮助减少其环境阻力从而提高环境容纳量，是保护大熊猫的 根本措施 。 大熊猫数量日益减少的原因 ？ 自身繁殖率低 食性单一 气候变迁 栖息地的丧失等 　　C.在渔业捕捞问题上，人们总是希望捕到更多的鱼。如果捕捞量长期过高,种群的数量会发生什么样的变化呢? 我们应该怎样来确定合适的捕捞量才能即不危机鱼类种群的持续发展,又能获得较高的鱼产量? 课堂讨论 时间 种群数量 K 环境阻力 J型 S型 　种群数量的恢复需较长时间。 　如果外界的环境发生剧烈变化，种群还有可能绝灭. 1.如果长期过度捕捞: 2.捕捞量的确定: K/2 捕捞量≤K/2值。 这样既有利于种群的可持续发展， 又可获得较大收益。 小结 1、条件： 2、发生时期： 3、特点： 一、“J”型曲线 二、“S”型曲线 1、环境容纳量 2、产生原因： 3、特点： 三、影响种群数量变化的因素： 四、研究种群数量变化的意义： D 巩固练习 培养液中 酵母菌 种群数量的变化 一般步骤: (1)提出问题：培养液中酵母菌种群是怎样随时间变化的？ (2)作出假设： 。 (3)讨论探究思路： 问题 (4)制定计划： (5)实施计划： (6)分析结果，得出结论： (7)表达和交流： (8)进一步探究： 酵母菌出芽生殖 酵母菌的新陈代谢类型:兼性厌氧型 C 6 H 12 O 6 2C 2 H 5 OH+2CO 2 +能量 酶 无氧呼吸 C 6 H 12 O 6 +6H 2 O+6 O 2 6CO 2 +12H 2 O +能量 酶 有氧呼吸 1 怎样进行酵母菌的计数？ 2 从试管中吸出培养液进行计数之前，建议你将试管轻轻振荡几次。这是为什么？ 3 本探究需要设置对照吗？如果需要请讨论对照组应怎样设计和操作；如果不需要，请说明理由。 4 需要做重复实验吗？ 5 怎样记录结果？记录表怎样设计？ 6 如果一个小方格内酵母菌过多，难以计数，应采取怎样的措施？ 7 对于压在小方格界线上的酵母菌，应当怎样计数？ 实验步骤： （ 1 ）取培养液 10 毫升加入到试管中，先通过显微镜观察，估算出 10 毫升培养液中酵母菌的初始数量（ N 。）。 注意，从试管中吸取培养液进行计数之前，先将试管振荡几次，这样求得的培养液中的酵母菌数量误差 。 （ 2 ）每天定时观察记录数值，对于观察时压在小方格界限上的酵母菌应取 记数。 （ 3 ）以 为横坐标，酵母菌的数量为纵坐标，绘制 结果分析：酵母菌在培养液中开始呈 增长，经过一定时间的增长后，数量趋于稳定，呈 增长。 最小 平均值 时间 种群增长曲线 “J” 型 “S” 型 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 的特征。如果将该种群置于有限的环境中，种群的数量增长曲线是 ，用达尔文进化观点分析，图中阴影部分表示 。 影响种群密度的因素有 。 A 过度繁殖 B 通过生存斗争被淘汰的个体数量 出生率、死亡率、迁入、迁出、性别比、年龄组成、气候、食物、天敌、人类活动等 时间 种群数量 A B 巩固练习 在一个相对封闭的小型牧场内，迁入一小群绵羊，8年后发展到500只左右，这个羊群数量会 A、维持在一个水平上 B、不断下降 C、缓慢上升 D、迅速上升 A 下列因素能引起种群密度增大的有 。　 A、种群中幼年个体增多　　 B、种群性别比例改变　　　　C、环境中温度条件适宜　　 D、种群中幼年个体减少　　E、环境中天敌增多　　　 F、寄生生物减少 ＡＣF “ 食人鱼 ” 是一种肉食鱼，一旦进入自然生态水域，就会造成严重的生态灾难。假如该物种进入湖泊生态系统，以下哪种曲线能准确表达其种群数量变化的特点 Ａ B C D A 基础题： 1. 在食物充足、空间广阔、气候适宜、没有天敌等优越条件下，种群可能会呈“J”型增长。 例如，澳大利亚昆虫学家曾对果园中蓟马种群进行过长达14年的研究，发现在环境条件较好的年份，种群数量增长迅速，表现出季节性的“J”型增长。在有限的环境中，如果种群的初始密度很低，种群数量可能会出现迅速增长。随着种群密度的增加，种内竞争就会加剧，因此，种群数量增加到一定程度就会停止增长，这就是“S”型增长。 例如，栅列藻、小球藻等低等植物的种群增长，常常具有“S”型增长的特点。 2.提示： （1）以年份为横坐标，种群数量为纵坐标，根据表中数字画曲线。 （2）食物充足，没有天敌，气候适宜等。 （3）作为食物的植物被大量吃掉，导致食物匮乏；自然灾害等。 拓展题 这是涉及最大持续产量的问题。关于最大持续产量，可以查阅生态学专著。还可以请教有经验的人或访问相关网站，了解单位面积水面应放养的鱼的数量。