種群數(shù)量變化---自制教案

1、4.2種群數(shù)量的變化教案一、教學(xué)目標(biāo)：1、知識目標(biāo)：（1） 說明建構(gòu)種群增長模型的方法。（2） 用數(shù)學(xué)模型解釋種群數(shù)量的變化。2、能力目標(biāo)：（1） 通過探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化，嘗試建構(gòu)種群增長的數(shù)學(xué)模型。3、情感、態(tài)度價值觀目標(biāo)：（2） 關(guān)注人類活動對種群數(shù)量變化的影響。二、教學(xué)重點難點：1、重點：嘗試建構(gòu)種群增長的數(shù)學(xué)模型，并據(jù)此解釋種群數(shù)量的變化。2、難點：建構(gòu)種群增長的數(shù)學(xué)模型。三、課時安排：預(yù)計3課時，總13課時四、教學(xué)過程第一課時導(dǎo)入：復(fù)習(xí)：種群數(shù)量特征。種群的數(shù)量特征： 種群密度；出生率和死亡率；遷入率和遷出率；年齡組成和性別比例。引入：種群數(shù)量的變化有沒有規(guī)律呢？一、問

2、題探討學(xué)生閱讀：細菌數(shù)量變化的規(guī)律。（課本65頁）在自然界中細菌無處不在，有些細菌的大量繁殖會導(dǎo)致疾病。假如現(xiàn)有一種細菌，在適宜的溫度、濕 度等環(huán)境下，每20分鐘左右通過分裂繁殖一代?！緦W(xué)生活動】：學(xué)生獨立操作完成圖表，相互交流結(jié)果，請?zhí)顚懴卤?。時間（min）20406080100120140160180細菌數(shù)量248163264128256512導(dǎo)入語：對于數(shù)據(jù)的分析我們除了用統(tǒng)計學(xué)的方法以外，我們還會通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的方式來進行數(shù)據(jù)分析。所謂 數(shù)學(xué)模型 就是用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。是為了某種目的，用字母，數(shù)字及其他數(shù)學(xué)符號建立起來的等式或不等式以及圖像、圖表、框圖等描述客觀事

3、物的特征及其內(nèi)在的聯(lián)系的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)表達式。 我們常構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型的方式是（數(shù)學(xué)方程式）和（曲線圖）首先我們把表中的數(shù)據(jù)通過描點法反映到圖4-4坐標(biāo)系中。用平滑的曲線把點連接起來。同時寫出數(shù)學(xué)表達式。1 .如果用N表示細菌數(shù)量，n表示細菌繁殖的代數(shù)，你能寫出計算細菌種群數(shù)量的數(shù)學(xué)表達式嗎? 答案：Nn=2n2 .把表中的數(shù)據(jù)反映到圖 4-4坐標(biāo)系中。用平滑的曲線把點連接起來*摑做強用/個II 如 山 1 it# *訃 IJili fa.HiJ l!川i 雨 ll>|注明：數(shù)學(xué)方程式和曲線圖都是數(shù)學(xué)模型的一種方式，相比較曲線圖更直觀的反映出種群數(shù)量的變化 趨勢，當(dāng)然曲線圖也有不精確的局限性。3

4、、如何建立數(shù)學(xué)模型步驟(以書本65頁進行講解)(1)觀察研究對象，提出問題> 細菌每20分鐘分裂一次(2)提出合理的假設(shè) 一一>在資源和空間無限多的環(huán)境中，細菌種群的增長不會受種群密度增加的影響。(3)建立模型> Nn=2n N代表細胞數(shù)目，n代表第幾代(4)修正檢驗> 通過進一步的實驗或觀察，對模型進行檢驗和修正導(dǎo)入語：通過構(gòu)建曲線圖的形式直觀的反映出了細菌在理想狀態(tài)條件下種群數(shù)量增長的形式。但畢 竟這是在實驗室中進行的，不能直接反映自然界中的生物種群的增長趨勢。那么在自然界中是否也存在這 種類似的增長形式呢？實例一：1859年，一位英國人來到澳大利亞定居。他帶來了

5、24只野兔。讓他沒有想到的是，一個世紀之后，這24只野兔的后代竟達到 6億只以上。漫山遍野的野兔與牛羊爭食牧草，啃嚙樹皮，造成植被 破壞，導(dǎo)致水土流失。后來，人們引入了黏液瘤病毒才使野兔的數(shù)量得到控制。實例二：在20世紀30年代曾將環(huán)頸雉引入美國華盛頓州海岸附近的一個島嶼，此后環(huán)頸雉種群的增長如圖422所示。圖4-2-2 20世紀30年代美國某島嶼環(huán)頸雉種群增長圖實例三：16世紀以來，世界人口表現(xiàn)為指數(shù)增長，所以一些學(xué)者稱為人口爆炸。1 Q圖4-2-3 2 000年來世界人口增長曲線1:師：這三個自然界中的實例和在理想條件下細菌的數(shù)量變化有什么相似之處嗎？生：種群數(shù)量都是增長較快，而且所畫成的

6、增長曲線圖類似。2:師：大家觀察一下這條曲線大致和哪一個字母形狀相似？生：和字母“J相似。3:師：所以我們把這樣的增長曲線稱為“ J”型增長曲線。前面，我們提到細菌呈指數(shù)增長是有前提條件的，還記得是什么嗎？生：資源和空間無限多，細菌種群的增長不會受種群密度增加的影響。4:師：可以說，細菌是在理想條件下呈指數(shù)增長的。那么，這三個實例中，種群呈“J”型增長的原因有哪些呢？分析澳大利亞野兔以及美國環(huán)頸雉種群數(shù)量呈指數(shù)增長的幾點原因。沒有天敵。充足的食物。廣闊的生活空間小結(jié)：通過對以上兩個實例分析，野兔、環(huán)頸雉對那些原來沒有這些生物的地方來說是外來物種”。大家也能從介紹中看到，一般外來物種的引入對于當(dāng)

7、地的環(huán)境都會造成一種破壞。所以在引入外來物種的時候一定要慎重！看了實例三中2 000年來世界人口增長曲線后，你有些什么想法呢？世界人口呈“理增長，一方面體現(xiàn)了人們生活水平在不斷地提高，而且，醫(yī)療衛(wèi)生設(shè)施等方面也在不斷加強，但是，另一方面如果人口繼續(xù)呈這一形勢增長的話， 地球總有一天會 承受”不了的，所以我們必須采取一定的措施來控制人口的增長。三、“J”型增長的數(shù)學(xué)模型導(dǎo)入語：通過上述這些例子可以看出，自然界確實有類似細菌在理想條件下種群數(shù)量增長的形式，如果以時間為橫坐標(biāo)，種群數(shù)量為縱坐標(biāo)畫出曲線來表示，曲線大致呈“理。那么前面我們對細菌的增長構(gòu)建了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，我們能不能推而廣之，對自然界的

8、呈“冊增長的種群也來構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型呢？我們大家一起來試試好不好？1:構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的第一步先要觀察研究的對象和提出相應(yīng)的問題。首先，對象是什么呢？我們要研究的是自然界呈J ”型生長的種群。2：通過觀察研究這些對象能獲得什么信息？這些種群每年都是按照一定的倍數(shù)增長。 （ 觀察研究對象，提出問題） 3:我們用一字母來表示這個倍數(shù)，用入來表示。接下來，第二步就是要進行假設(shè)了。（提出合理的假設(shè)）（提示一下，我們在計算細菌種群數(shù)量變化時的假設(shè)是在資源和空間無限多的環(huán)境中，細菌種群的增長不會受到種群密度增加的影響）假設(shè)這個自然界的種群也是理想環(huán)境，所以種群的數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長。4：大家能不能對這位

9、同學(xué)涉及到的理想環(huán)境再具體一點呢？就是食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害等條件。5：假設(shè)好以后第三步我們就要用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式來表示t 年后種群的數(shù)量了，哪位同學(xué)上黑板來表示一下呢？（建立模型）請學(xué)生（上黑板來書寫）Nt=NoXt其他同學(xué)看一下，和你在下面寫的一樣嗎？6：請一位同學(xué)來描述一下模型中各參數(shù)的意義。Na為該種群的起始數(shù)量，t為時間，N表示t年后該種群的數(shù)量，入表示該種群數(shù)量是一年前種群數(shù)量的倍數(shù)。7：從這個種群生長模型也可以看出，影響第t 年后種群的數(shù)量的因素主要取決于哪些？主要取決于No,種群的起始數(shù)量，還有 入。8：這樣我們建構(gòu)種群增長模型是否就完成了呢？（檢驗或修正）還沒有

10、。我們必須通過觀察、統(tǒng)計每一年種群的數(shù)量，對自己所建立的模型進行檢驗或修正 。真理應(yīng)該是經(jīng)得起實踐的檢驗的。教學(xué)反思：5第二課時四、種群增長的" S'型曲線導(dǎo)入語：如果自然界的生物種群都是以J”型方式增長，地球早就無法承受了。所以這樣的J”型增長在自然界中不能一直維持下去。為什么呢？ 因為：自然界存在著很多限制種群數(shù)量增多的因素。比如食物的量是一定的，氣候也不一定是非常合適，還有天敵的存在等等。所以盡管物種具有巨大的增長潛力，在自然界中，種群卻不能無限制地增長。因為，隨著種群數(shù)量 的增長，制約因素的作用也在增大，所以在自然界，種群總是在增長到一定限度后達到相對穩(wěn)定。種群數(shù) 量

11、不能呈現(xiàn)“ J”型曲線增長。下面我們也來看看科學(xué)家所做的實驗。1:生態(tài)學(xué)家高斯曾經(jīng)做過的一個實驗：在0.5 mL培養(yǎng)液中放入5個大草履蟲，然后每隔 24小時統(tǒng)計一次大草履蟲的數(shù)量。經(jīng)過反復(fù)實驗， 得到如圖4-6所示的結(jié)果。從圖中可以看出，大草履蟲的數(shù)量在第二天和第三天增長較快，第五天以后基 本保持在375個左右。像這樣，種群經(jīng)過一定時間的增長后，數(shù)量趨于穩(wěn)定的增長曲線，稱為“S”型曲線。如圖4-672:對“S”型曲線進行解釋。原因：在0.5 mL培養(yǎng)液中，空間和營養(yǎng)都是一定的。隨著大草履蟲的數(shù)量越來越多，有限的資源導(dǎo) 致大草履蟲之間為了生存，斗爭越來越激烈，競爭能力弱的個體就被淘汰掉了，所以數(shù)

12、量就只能維持在一 定的數(shù)值。（主要的原因是食物和活動空間有限）這一定的數(shù)值我們叫做環(huán)境容納量。又稱K值環(huán)境容納量：在環(huán)境條件不受破壞的情況下，一定空間中所能維持的種群最大數(shù)量。二 l . ra - n 種群增K速率1/2K值對應(yīng)點10 15 20時網(wǎng)（年）在高斯所做的實驗中，該環(huán)境容納大草履蟲的數(shù)量為多少？特征：1 :增長到一定數(shù)量保持相對穩(wěn)定2:增長速率先增大，后減小，數(shù)量達穩(wěn)定狀態(tài)時，增長速率為 種群數(shù)量在K/2處增長速率最大。3:在高斯實驗的基礎(chǔ)上，如果要進一步搞清是空間的限制，還是食物的限制，該如何進行實驗設(shè)計呢？：實驗設(shè)計方案： 可以進行對照實驗。我準(zhǔn)備三組實驗。把高斯所做的實驗作為

13、第一組。第二組其 他條件和第一組相同，就改變一個條件：把用來培養(yǎng)大草履蟲的容器換成大號的。第三組也是只有一個條 件和第一組不同：在培養(yǎng)過程中，不斷地為大草履蟲添加食物。：結(jié)果預(yù)測： 如果第二組大草履蟲的數(shù)量大增，而第三組的數(shù)量和第一組差不多，那么在高斯所做的實驗中，限制大草履蟲數(shù)量的 主要是空間；如果第三組大草履蟲的數(shù)量大增，而第二組的數(shù)量和第一組 差不多，那么在高斯所做的實驗中，限制大草履蟲數(shù)量的主要是食物。還有可能第二組和第三組的草履蟲數(shù)量都增多，那么可以得出：空間和食物 都會限制草履蟲數(shù)量的增長。小結(jié)：在自然界中除了資源和空間有限以外，還有當(dāng)種群密度增大時，種內(nèi)斗爭就會加大，以該種群為食

14、的 動物數(shù)量也會增加，這就會使種群的出生率減少，死亡率增加。當(dāng)種群的死亡率與出生率相等時，種群就 穩(wěn)定在一定的水平。4:為什么高斯實驗結(jié)果會出現(xiàn)與前面“問題探討”中細菌增長不一樣的曲線變化呢？從實驗條件來分析前面細菌的培養(yǎng)條件是完全理想的；高斯實驗中沒有給大草履蟲提供理想條件。5: “S”型增長的曲線圖和“ J”型增長的曲線圖區(qū)別在哪里？時間種群數(shù)量五、種群數(shù)量的波動與下降(1)具體內(nèi)容分析“J”型曲線“S”型曲線前提條件理想狀態(tài)食物、空間條件充裕；氣候適宜；沒有敵害、疾病現(xiàn)實狀態(tài)食物、空間后限；各種生態(tài)因素綜合作用特點連續(xù)增長增長率保持不變1 :增長到一定數(shù)量保持相對穩(wěn)定2:增長速率先增大，

15、后減小，數(shù)量達穩(wěn)定狀態(tài)時， 增長速率為0，種群數(shù)量在K/2處增長速率最大有無K值無K值有K值“J”型曲線“S”型曲線K值環(huán)境阻力導(dǎo)入語：不知大家有沒有注意，K值的概念中有個前提條件：“在環(huán)境條件不受破壞的情況下”，如何解釋？解析：也就是說環(huán)境容納量或者說 K值都是針對特定的環(huán)境而言的，如果環(huán)境破壞或改變，K值也會發(fā)生改變。環(huán)境的變化會影響種群的出生率和死亡率、遷入率和遷出率，從而決定種群數(shù)量的大小。事例一：圖 4-2-5 東亞飛蝗種群數(shù)量的波動事例二：第二次世界大戰(zhàn)時，捕鯨業(yè)停了下來，鯨的數(shù)量恢復(fù)到較高水平。戰(zhàn)后捕鯨船的噸位不斷上升，鯨的捕獲量越來越大，導(dǎo)致許多鯨的種群數(shù)量急劇下降，有的鯨瀕臨

16、絕滅。解析：東亞飛蝗種群數(shù)量的變動主要是和氣候 有關(guān)的，而鯨的種群數(shù)量變化是由于我們?nèi)祟惖牟粩嗖稉茖?dǎo)致的。除了這些影響因素外，還有許多其他因素會影響種群數(shù)量的變化。例如：食物：天敵： 前些年，有些地區(qū)由于人類大量捕蛇使得田鼠的數(shù)量大增。傳染?。?養(yǎng)雞場有時會因為傳染病導(dǎo)致大數(shù)量的雞死亡。所以，大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動中；在不利的條件下，種群數(shù)量還會急劇下降甚至消亡。近些年來，隨著人口的增長，科技水平的提高，人類活動范圍的擴大，人類活動對自然界種群數(shù)量變化的影響越來越大，有時甚至成為決定因素。例如： 環(huán)境污染： 隨著人類工業(yè)的發(fā)展，環(huán)境污染使很多生物的種群數(shù)量急劇下降。濫砍濫伐： 人類大量砍伐

17、森林，捕獵動物使得野生生物的種群數(shù)量急劇減少。小結(jié)：人類的家園地球現(xiàn)在能夠容納一定數(shù)量的人口，但是由于人類對環(huán)境的破壞越來越嚴重，如果再不改善的話，在地球上能存活的人越來越少，還可能有一天人類會在地球上滅絕。就像恐龍的滅絕也很可能是由于生存環(huán)境發(fā)生了改變，使得K 值就發(fā)生了改變。所以我們每個人都有義務(wù)保護我們的生存環(huán)境，這也相當(dāng)于在保護我們自己。所以，大家想想一個種群的 K 值是固定不變的嗎？當(dāng)然不是，它會隨著環(huán)境的改變而發(fā)生改變，而不是單單由種群自身的特征來決定的。所以我們研究種群的K值是有很大的現(xiàn)實意義的。六、研究種群數(shù)量變化的意義（ 1） K 值得應(yīng)用野生生物資源的保護： 保護野生生物生

18、活的環(huán)境，減小環(huán)境阻力，增大K 值。有害生物的防治： 增大環(huán)境阻力（如為防鼠害而封儲糧食、清除生活垃圾、保護鼠的天敵等） ，降低K值（ 2） K/2 值得應(yīng)用資源開發(fā)與利用： 種群數(shù)量達到環(huán)境容納量的一半時， 種群增長率最大， 再生能力最強 把握 K/2值處黃金開發(fā)點，維持被開發(fā)資源的種群數(shù)量在K/2 值處，可實現(xiàn)“既有效大收獲量又可保持種群高速增長” ，從而不影響種群的再生，符合可持續(xù)發(fā)展的原則。教學(xué)反思：第三課時1 .在營養(yǎng)和生存空間等沒有限制的理想條件下，某細菌每20min就分裂繁殖一代?，F(xiàn)將該細菌種群（m個個體）接種到培養(yǎng)基上（資源、空間無限），T h后，該種群的個體總數(shù)是 （）11a

19、.不斷供應(yīng)養(yǎng)2 .下圖中曲線表示在 a、b、c、d四種條件下細菌種群的生長曲線。這四種條件是:分、水、氧氣，除去有害廢物；b.隨時間延續(xù)，養(yǎng)分耗盡、有害物質(zhì)積累；c.隨時間延續(xù)，養(yǎng)分逐漸減少、無有害物質(zhì)積累；d.隨時間延續(xù)，養(yǎng)分耗盡，由于突變出現(xiàn)了新菌株，可分解原細菌的代謝廢物，其合成的物質(zhì)又可作為原細菌的食物。生長條件分別與生長曲線、相符合的是（）A. a、 b、 c、 dB. b、 c、 d、 aC. c、d、a、bD. c、b、d、a3. （2009 江蘇生物，19）某小組進行“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化”實驗時，同樣實驗條件下分別在 4個試管中進行培養(yǎng)（見下表），均獲得了 “

20、 S'型增長曲線。根據(jù)實驗結(jié)果判斷，下列說法錯誤的是（）瓜呂勺InmW培養(yǎng)液體積（mD105105起始酵母菌數(shù)（103個）105510A.4個試管內(nèi)的種群初始階段都經(jīng)歷了 “ J”型增長B.4個試管內(nèi)的種群同時達到K值C.試管出內(nèi)種群的K值與試管n不同D.試管W內(nèi)的種群數(shù)量先于試管n開始下降4.在一定量的酵母菌培養(yǎng)液中放入活酵母菌若1，抽樣鏡檢，視野下如圖甲所示（圖中小點代表酵母菌）將容器放在適宜溫度下恒溫培養(yǎng)5小時后，稀釋100倍，再抽樣鏡檢，視野下如乙圖所示。根據(jù)實驗結(jié)果判斷，以下敘述正確的是（）A.培養(yǎng)5小時后，酵母菌種群密度增加200倍左右B.探究酵母菌的種群數(shù)量變化可以用標(biāo)志

21、重捕法C.用血球計數(shù)板計數(shù)酵母菌數(shù)量時只統(tǒng)計方格內(nèi)菌體D.培養(yǎng)5小時后，酵母菌種群數(shù)量已經(jīng)達到K值5 .某生物興趣小組開展探究實驗，課題是“培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量與時間的變化關(guān)系”實驗材料、用具：菌種和無菌培養(yǎng)液、試管、血球計數(shù)板（2 mmX2 mm方格）、滴管、顯微鏡等。酵母菌的顯微計數(shù)方法:血球計數(shù)板：是帶有微小方格刻度的玻璃片，用于在顯微鏡下對微生物的計數(shù)。將含有酵母菌的培養(yǎng)液滴在計數(shù)板上，計數(shù)一個小方格內(nèi)的酵母菌數(shù)量，再以此為根據(jù)，估算試管中的酵母菌總數(shù)。連續(xù)觀察7天，并記錄每天的數(shù)值。根據(jù)以上敘述回答下列問題：(1)根據(jù)所學(xué)知識，該課題的實驗假設(shè)是：開始一段時間酵母菌呈“J”型增長，隨著時間的推移，,酵母菌呈“ S”型增長。(2)本實驗沒有另設(shè)對照實驗，原因是 。該實驗是否需要重復(fù)實驗？ ，試解釋原因： 。(3)在吸取培養(yǎng)液計數(shù)前，要輕輕振蕩幾次試管，原因是 。如果一個小方格內(nèi)酵母菌過多，難以