人教版 选择性必修二 种群数量的变化 教案

第2节种群数量的变化学习目标核心素养
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。

知识点一建构种群增长模型的方法
1．数学模型
(1)01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
02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①数学公式
式对事物的性质进行表达，即建立数学模型 N n ＝2n (N 代表03细菌数量，n
表示04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 05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
01理想条件下种群增长的形式，02时间为横坐标03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
04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，05一定倍数增长，第二年的数量是第一年的λ倍。

②建立模型
t 06N t ＝N 0λt 。

各参数的意义⎩⎪⎨⎪⎧ N 007起始数量t ：时间N t ：t 08数量λ09倍数
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10稳定，增长曲线呈“S”形。

(2)形成原因
(3)17最大数量，又称K 值。

同一种群的K 18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
种群数量⎩⎪⎨⎪⎧ ＝N 0，增长速率为0<K /2，19增大＝K /2，增长速率最大
>K /2，增长速率逐渐减小
＝K ，200 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：21自然保护区，改善栖息环境，22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具体措施：机械捕杀、药物毒杀等。

②具体措施：施用避孕药、降低生殖率的激素等。

③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，。

处于波动状态的种群，在某些特
(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
②。

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04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05死亡率高于06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N t＝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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1．(目标1)下列有关“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验操作的叙述，正确的是()
A．培养酵母菌时，必须去除培养液中的溶解氧
B．培养用具必须经过严格的灭菌处理，培养液则不需要灭菌
C．为了方便计数，对培养后期的酵母菌培养液应先进行稀释再计数
D．在从培养瓶中吸出培养液进行计数之前，不需要摇匀瓶中的培养液
答案C
2．(目标2)下列有关种群增长的“S”形曲线的叙述，错误的是()
A．通常自然界中的种群增长曲线最终呈“S”形
B．达到K值时种群增长速率为零
C．种群增长受自身密度的影响
D．种群的增长速率逐步降低
答案 D
解析由于空间和资源的限制，自然界中的多数生物种群的数量增长通常呈“S”形；呈“S”形增长的种群在种群数量为K/2时增长速率最大，然后增长速率随种群密度的上升而下降，当种群数量达到K值时，增长速率降为零。

种群数量的增长除受环境因素影响外，随着种群密度的增加，种内竞争也会加剧，也会抑制种群数量的增长。

3．(目标2)某同学在进行“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验中，根据实验的结果绘制出了如图所示的酵母菌种群数量变化曲线图，下列有关实验分析不正确的是()
A．在酵母菌种群数量增长的不同阶段，可能具有相同的增长速率
B．当种群数量达到K值时，其年龄结构为增长型
C．DE段种群的增长速率为负值，其主要原因是营养物质的缺乏
D．本实验中在时间上存在前后对照，酵母菌个体数常用抽样检测法获得
答案 B
解析AB段，酵母菌种群数量增长速率逐渐增大，BC段，酵母菌种群数量增长速率逐渐减小，因此在B点两侧，酵母菌种群数量可能具有相同的增长速率，A正确；当种群数量达到K值时，其数量保持相对稳定，因此其年龄结构为稳定型，B错误。

4．(目标3)在自然条件下，种群增长曲线呈“S”形。

假设种群的K值为200，N表示种群数量，据表分析不正确的是()
曲线上的点S
S2S3S4S5
1
N20 50 100 150 180 (K－N)/K0.90 0.75 0.50 0.25 0.10
4
B．防治蝗虫应尽量在蝗虫数量达到S3点之前进行
C．渔业捕捞后需控制剩余量在S3点
D．(K－N)/K值为0.50时，种群增长速率最大
答案 A
解析自然条件下，环境阻力一直存在，A错误；(K－N)/K值为0.50时，N ＝K/2，即S3点时的N值为K/2，该点种群增长速率最大，防治蝗虫应在该点之前进行，B、D正确；渔业捕捞后，需控制剩余量在K/2，即S3点，C正确。

5．(目标2)自然界中种群的数量特征是种群最重要的特征之一，下图表示某动物种群在不同条件下数量变化情况的数学模型，请回答以下问题：
(1)该模型属于数学模型的表现形式之一的________。

(2)图中A段种群增长近似于“________”形曲线，该模型需要满足的条件是________________________________________。

(3)该种群的环境容纳量是________(填“K1”或“K2”)。

(4)在D阶段，若该动物种群的栖息地遭到破坏，由于食物的减少和活动范围的缩小，其________会变小。

答案(1)曲线图
(2)J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
(3)K1(4)K值(或环境容纳量)
解析(2)在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，种群数量会呈“J”形曲线增长，图中A段种群数量迅速增加，近似于“J”形曲线。

(3)种群数量稳定后在K值(环境容纳量)上下波动，则该种群的环境容纳量是K1。

(4)在D阶段，若该动物种群的栖息地遭到破坏，由于食物的减少和活动范围
的缩小，其K值(或环境容纳量)会变小。

题型一种群数量增长曲线分析
[例1]如图为种群数量增长的“J”形曲线和“S”形曲线。

下列有关叙述错误的是()
A．某种群迁入大量同种个体可使该种群K值提高
B．BC段种群增长速率逐渐下降，出生率大于死亡率
C．“S”形曲线是在空间资源有限的条件下出现
D．“J”形曲线所示种群数量的增长不受自身种群密度的制约
解题分析K值是一定的环境条件所能维持的种群最大数量，迁入大量同种个体不能使种群K值提高，改善空间和资源条件才可能使其K值提高，A错误；B点种群增长速率最大，BC段种群增长速率逐渐下降，但种群数量依然在增加，出生率大于死亡率，B正确。

答案 A
[例2]如图表示某生物群落中甲、乙两个种群的增长速率随时间变化的曲线，下列判断不正确的是()
A．甲、乙两种群的增长曲线均为“S”形
B．t2～t3内甲种群的出生率大于死亡率
C．t3时乙种群的种群密度的制约作用大于t4时
D．甲种群数量最大的时刻为t3，乙种群数量最大的时刻为t5
解题分析两个种群的增长速率变化趋势都是0→最大→0，说明两个种群数量增长曲线都是“S”形曲线，A正确；t2～t3时间段内，甲种群增长速率虽然下降但大于0，甲种群出生率仍大于死亡率，B正确；乙种群在t4时的种群数量大于t3时，则t4时乙种群的种群密度的制约作用大于t3时，C错误。

答案C
1.种群数量增长的“J”形曲线和“S”形曲线
项目“J”形曲线“S”形曲线
增长模型
前提条件理想状态：①食物和空间条
件充裕；②气候适宜；③没
有天敌和其他竞争物种；④
无迁入、迁出
现实状态：①食物、空间有
限；②不断变化的自然条
件；③有种内斗争和种间竞
争
增长率和增长速率
K值有无无K值有K值
联系
两种增长曲线的差异主要是环境阻力的有无
图中A、B、C、D时间所对应的种群数量均为K值，A′、C′、D′时间所对应的种群数量均为K/2值。

题型二实验操作注意事项及血细胞计数方法
[例3]为了研究培养液中酵母菌种群数量的变化，某实验小组的同学进行了相关实验。

下列说法不正确的是()
A．用血细胞计数板对酵母菌进行计数时，先加培养液再盖盖玻片会导致计数结果偏低
B．用血细胞计数板对酵母菌进行计数时，先盖盖玻片再滴加培养液可以避免计数室产生气泡
C．实验中直接将吸管伸入培养酵母菌的试管下部吸出培养液进行计数会导致酵母菌浓度偏大
D．对压在小方格界线上的酵母菌计数时应依据“计上不计下、计左不计右”的原则
解题分析先加培养液再盖盖玻片，盖玻片可能由于已加入液滴的表面张力而不能严密地盖到计数板表面，使计数室内部液体增多，导致计数结果偏高。

答案 A
[例4]如图是在显微镜下观察到的一个中方格的酵母菌分布情况，下列叙述正确的是()
A．对酵母菌计数用样方法
B．实验中计数室体积是已知的
C．实验中菌液渗入计数室后即可开始计数
D．用该法只能得到酵母菌的种群数量，无法计算种群密度
解题分析对酵母菌计数用抽样检测法，A错误；用该法可以得到酵母菌的种群数量，由于计数室体积已知，则可计算种群密度，B正确，D错误；菌液渗入计数室后，要稍等片刻，等酵母菌全部沉降到计数室底部再计数，C错误。

答案 B。