公务员考试 生物多样性知识梳理.docx
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公务员考试生物多样性知识梳理
公务员考试生物多样性知识梳理
第1节种群数量的变化
一、知识结构
建构种群增长模型的方法
种群增长的“J”型曲线
种群的数量变化种群增长的“S”型曲线
种群数量的波动和下降
二、教学目标
1、说明建构种群增长模型的方法。
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。
3、用数学模型解释种群数量的变化。
4、关注人类活动对种群数量变化的影响。
三、教学重点、难点及解决方法
1、教学重点及解决方法
[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。
[解决方法]
⑴遵循具体→抽象→再具体→再抽象的轨迹教学。
⑵通过探究活动来验证。
2、教学难点及解决方法
[教学难点]
建构种群增长的数学模型。
[解决方法]
同上。
四、课时安排
2课时。
五、教学方法
启发式、探究法。
六、教具准备
课件、探究材料。
七、学生活动
1、学生讨论、思考、回答问题。
2、学生完成教材中探究活动的操作。
八、教学程序
（一）明确目标
（二）重点、难点的教学与目标完成过程
第1课时
播放细菌分裂的录像或演示细菌分裂的计算机模拟动画。
提示：
在自然界中细菌无处不在，有些细菌的大量繁殖会导致疾病。
假如现有一种细菌，在适宜的温度、湿度等环境下，每20min左右通过分裂繁殖一代。
引导学生思考：
1、细菌的生殖方式是怎样的？
2、72h后，由一个细菌分裂产生的后代数量是多少？
3、n代细菌数量是多少？
提出问题，组织讨论：
1、对细菌种群数量增长而言，在什么情况下2n公式成立？
2、这个公式揭示了细菌种群数量增长的什么规律？
3、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。
提示：
数学工具在生物学研究中的作用越来越突出。
请学生算出一个细菌产生的后代在不同时间的数量，并填写教材中的表格，然后画出细菌的种群数量增长曲线。
提示：
这是在理想条件下对细菌种群数量的推测。
引导学生讨论，同数学公式相比，曲线图表示的模型有什么局限性？
小结：
在描述、解释和预测种群数量的变化时，常常需要建立数学模型。
数学模型的表现形式可以为公式、图表等。
提出问题，组织讨论：
如何建立“培养液中酵母菌种群数量的数学模型”，我们应该怎么做？
提出问题，组织讨论：
以上讨论的是在实验条件下种群的数量变化，在自然界中种群的数量变化情况如何？
提供素材：
《光明日报》消息
澳大利亚野兔成灾。
估计在这片国土上生长着6亿只野兔，它们与牛羊争牧草，啃树皮，造成大批树木死亡，破坏植被导致水土流失，专家计算，这些野兔每年至少造成1亿美元的财产损失。
兔群繁殖之快，数量之多足以对澳洲的生态平衡产生威胁。
澳洲本来没有兔子，1859年，一个叫托马斯·奥斯汀的英国人来澳定居，带来了24只野兔，放养在他的庄园里，供他代猎取乐。
奥斯汀绝对没有想到，一个世纪之后，这24只野兔的后代达到6亿只之多。
（有条件的学校，教师可播放澳大利亚野兔成灾的录像片。
）
学生讨论：
1、野兔种群增长的原因有哪些？
2、怎样用数学语言来描述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？
（说明计算方法）
5、列举在自然界中还有哪些与素材中野兔种群数量增长相似的情况。
小结：
自然界确有类似细菌在理想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＝N0λt
如果自然界的生物种群都是以“J”型方式增长，地球早就无法承受了。
呈现高斯实验（有条件的学校可将高斯实验用计算机模拟技术呈现出来）。
提出讨论题：
1、你认为高斯得出种群经过一定时间的增长后，呈“S”型曲线的原因是什么？
2、在高斯实验的基础上，如果要进一步搞清是空间的限制，还是资源（食物）的限制，该如何进行实验设计？
3、如何理解K值的前提条件“在环境条件不受破坏的情况下”？
请举例说明。
学生思考：
有哪些因素制约着种群数量的增长？
学生讨论。
学生讨论教材中“思考与讨论”素材。
小结：
经过一定时间，在各种因素的作用下，种群数量增长会趋于稳定，呈“S”型曲线。
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最大数量称为“环境容纳量——K值”。
学生讨论教材中东亚飞蝗种群数量的波动。
讨论影响种群数量波动的因素。
提出问题，在自然界中，种群数量是否总能稳定在K值？
为什么？
（三）总结
从具体的生物现象和规律建立抽象的数学模型，又用抽象的数学模型来解释具体的生物学现象与规律，这是学习本节的要旨。
（四）作业布置
教材P69练习。
（五）板书设计
第2节种群数量的变化
一、建构种群增长模型的方法
1、建立数学模型的一般步骤
观察研究对象，提出问题
↓
提出合理的假设
↓
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
2、建立种群增长模型的方法
二、种群增长的“J”型曲线
1、“J”型曲线形成的条件
2、“J”型增长的数学模型
三、种群增长的“S”型曲线
1、“S”型曲线形成的条件
2、K值
3、“J”型曲线与“S”型曲线的比较
“S”型曲线
“J”型曲线
前提条件
环境资源有限
环境资源无限
种群增长率
随种群密度上升而下降
保持稳定
有无K值
有K值
无K值
4、“S”型曲线在生产中的应用
四、种群数量的波动和下降
第2课时
1、提出问题（实验探究的目的）；培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间而变化的？
2、作出假设：
酵母菌在资源和空间有限的环境中，其种群的增加会受种群密度的增加而受影响。
3、探究材料及用具：
酵母菌的菌种、无菌马铃薯培养液或肉汤培养液、试管、血球计数板（2mm×2mm方格）、滴管、显微镜等。
4、讨论制定计划：
在小组讨论的基础上，写出探究方案，方法步骤应当具体，并且是可操作的。
确定小组同学间的分工。
向老师汇报本小组的探究计划，以求得老师的指导。
在制定计划前，需要认真思考以下问题：
①进行酵母菌的计数时，可以采用抽样检测的方法：
先将盖玻片放在计数室上，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。
稍待片刻，待酵母菌细胞全部沉降到计数室底部，将计数板放在载物台中央，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。
盖玻片下的培养液厚度为0.1mm，一个小方格范围内的酵母菌数为x，则10mL中酵母菌培养液中的酵母菌总数为y＝__________。
②从试管中吸出培养液进行计数之前，建议你将试管轻轻震荡几次，这是为了使酵母菌在培养液中分布均匀。
③本实验需要设置对照实验，对照实验中要用较大的容器和更多的营养，但接种的酵母菌量要相同，其他的培养条件也要相同。
④需要进行重复实验，使获得数据更准确。
⑤实验结果的记录，要以天作为单位，计录7天的数据，算出每一天全班各组数据的平均值。
⑥如果一个小方格内酵母菌过多，难以数清，要将其培养液稀释一定倍数，再重新记数。
⑦对于压在小方格界线上的酵母菌，应当遵循“数左不数右，数上不数下”的原则进行计数。
5、实验计划：
首选通过显微镜观察，估算出10mL培养液中酵母菌的初始数量（N0），在此之后连续观察7天，分别记录下这7天的数值。
6、分析结果，得出结论：
将所得数值用曲线图表示出来，分析实验结果是否支持你所做的假设。
探究的结论是：
由于种群生长所需要的资源和空间是有限的，所以种群经过一定时间的增长后，种群趋于稳定，数量不再上升，呈现“S”型曲线增长。
7、表达和交流①将本小组的增长曲线与全部的增长曲线比较，分析误差和相似程度。
②解释根据各组平均数据画出的增长曲线的总趋势。
③讨论影响酵母菌种群数量增长的因素（主要是食物和空间）
8、进一步探究：
根据自己对影响酵母菌种群数量增长的因素作出推测，设计实验进行验证。
（三）总结
探究的过程。
（四）作业布置
教材P85自我检测一1
（2）、2（3）
（五）板书设计
探究培养液中酵母菌种群数量的变化
提出问题
↓
作出假设
↓
讨论制定计划
↓
实施计划
↓
分析结果，得出结论
↓
表达和交流
↓
进一步探究
第2节群落的结构
一、知识结构
群落水平上研究的问题
物种组成——种类、丰富度
群落的结构群落的物种结构
种间关系——竞争、捕食、互利共生、寄生等
垂直结构
群落的空间结构
水平结构
二、教学目标
1、识别群落，说出群落水平上研究的问题。
2、描述群落的结构特征。
3、尝试进行土壤中小动物类群丰富度的研究。
三、教学重点、难点及解决方法
1、教学重点及解决方法
[教学重点]
群落的结构特征。
[解决方法]
⑴引导学生理解群落的概念，群落的物种组成，种间关系和群落的空间结构。
⑵巧用教材中的问题探讨和资料分析，联系实际突破重点。
2、教学难点及解决方法
[教学难点]
从结构与功能相统一的角度描述群落的结构特征。
[解决方法]
联系具体的事例，让学生自己比较，归纳和总结群落的结构特征。
四、课时安排
2课时。
五、教学方法
探究法。
六、教具准备
探究材料。
七、学生活动
1、指导学生完成教材中探究活动的操作。
2、思考、分析、回答相关问题。
八、教学程序
（一）明确目标
（二）重点、难点的学习与目标完成过程
第1课时
[问题探讨]学生思考、讨论，回答教材P71讨论题。
同一时间内聚集在一定区域中各种生物种群的集合，叫做群落。
群落不是一定空间内各种生物简单的集合，而是通过种内的斗争或互助，种间的共生、竞争、捕食等关系建立起的有机整体。
一个群落是共同生活在一个地区的生物大家庭，具有一定的组成和结构，其中的各种生物相互制约，又相互依存。
教师引导学生认识：
种群水平上的研究对象是同一物种的生物集合体，而群落水平上研究的是不同物种的生物集合体。
群落是比种群层次更高，范围更广的角度来研究生物之间的关系和相互作用。
在群落水平上科学家要研究哪些问题呢？
学生阅读教材P71相关内容，明确群落水平上研究的问题。
学生阅读教材P72相关内容，回答下列问题：
1、从物种组成上说出两个森林群落的主要差别？
2、什么叫丰富度？
教师总结：
⑴物种组成是区别不同群落的重要特征，例如，我国新疆北部的森林，主要是由常绿针叶树种组成，而南方许多森林的主要树种是阔叶树；⑵不同群落间，种群数量和种群中个体数量差别很大。
例如，在热带森林的生物群落中，植物种群数以万计，无脊椎动物种群数以十万计，脊椎动物种群数以千计。
但是，在冻原和荒漠的生物群落中，种群数量要少得多。
认识一个群落的物种组成，首先，要调查该群落分别有多少种植物、动物和微生物，列出它们的名录。
其次，还要进一步搞清群落中各种群相对数量和比例。
在生态学上，描述一个群落中种群数量的多少是用丰富度来表示。
学生阅读教材P72——73相关内容，回答下列问题：
1、双小核草履虫和大草履虫之间是什么关系？
2、猞猁和雪兔之间是什么关系？
3、列举种间关系的其他例子？
教师总结种间关系：
学生阅读教材P74—75相关问题，回答下列问题：
1、什么是群落的空间结构？
2、群落的空间结构包括哪些方面？
3、决定森林植物重直分层的主要生态因素是什么？
而决定动物垂直分层的主要生态因素是什么？
4、决定群落水平结构分布主要有哪些生态因素？
教师总结：
群落中植物的垂直结构直接影响群落中动物的垂直结构，动物种类的多少是随植物层次多少而变化的，因此，由于森林的植物层次比草原植物层次多，所以森林群落一般比草原群落的动物种类多。
水生群落也有分层，例如一个池塘，挺水植物、浮水植物、沉水植物就是植物分层；青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼的分布就是动物分层的实例。
阳光、温度、水分等生态因素对动植物的分层有直接影响。
群落的水平结构往往是由于地形的变化、土壤湿度和盐碱度的差异、光照强度的不同、生物身身生长特点的不同，以及人与动物的影响等因素造成种群密度上的差别。
此外，群落中生物之间的相互关系也是群落表现水平结构的原因之一。
例如，林冠下光照的不均匀性，对林下植物的分布就有密切影响。
光照强的地方，阳生植物较多，而光照强度弱的地方只生长着耐阴植物。
（三）总结
群落的概念、物种组成、空间结构及种间关系。
（四）作业布置
教材P77的练习。
（五）板书设计
第3节群落的结构
一、群落
1、群落的概念
2、群落水平上研究的问题
3、群落的物种组成
群落中物种多样性
群落的生长形成
4、群落的特征群落的结构
群落的优势种
群落丰富度
群落营养结构
二、种间关系
三、群落的空间结构
1、概念
2、垂直结构
3、水平结构
第2课时
“土壤中小动物类群丰富度的研究”是课程标准中建议的一项活动，旨在使学生能从种群的组成上描述群落的结构特征。
有条件的学校可以让学生依据教材中探究活动的要求与步骤，在野外采样，在实验室进行观察。
这样做学生可以感受到采样地点真实的环境情况，利于学生建立群落与环境之间相互联系的观念；若无条件，也可以由教师事先将不同地点的土样采集到实验室（可用大塑料整理箱盛放），注明采集地点的环境（最好配有照片）。
这样，学生在实验室便能进行该项探究活动。
1、提出问题
群落中物种的组成与群落所处的环境有着密切的关系，教师应引导学生分析环境因素对群落物种组成的影响，可就此广泛提出问题，进而提炼出比较有探究价值的问题。
教材中已列出一些问题，帮助引导、启发学生确定探究的问题。
2、制订计划
制订计划是科学研究的重要环节，在前面的各项探究活动中都强调了这方面的教学要求。
本项探究活动的要求是让学生用列表的方法制订一份研究计划，教材中提供了式样，在教学中可以充分发挥学生的创造性，结合具体的探究问题制订可行的研究计划。
3、实施计划
本课题包括三个操作环节；取样、观察和分类、统计和分析。
关于“取样”，教材中已作了比较详细的说明。
使用诱虫器取样比较方便，且效果好，但时间可能要长一些。
也可采用简易采集法：
将采集到的土壤放在瓷盆内，用放大镜观察，同时用解剖针寻找。
发现体形较大的动物，可用包着纱布的镊子取出；体形较小的动物可用吸虫管来采集。
采集到的小动物可放入酒精溶液中，也可将活着的小动物放入试管中。
“观察和分类”需要借助动物分类的专业知识，一般学生难以鉴别。
教师可以事先将当地土壤中常见的小动物列好名册，供学生分类时参考。
“统计和分析”的教学要求是让学生设计一个数据收集和统计表，并据此进行数据分析，这也是科学研究能力培养的重要方面。
教学中要从科学、简明、美观等方面，对学生的设计进行评价。
（三）总结
丰富度的统计方法。
（四）作业布置
写一份研究报告。
（五）板书设计
土壤中小动物类群丰富度的研究
提出问题
↓
制定计划
↓准备
实施计划取样
采集小动物
观察和分类
统计和分析
第3节群落的演替
一、知识结构
初级演替
演替的类型
群落的演替次级演替影响演替的速度和方向
人类活动对群落演替的影响
退耕还林，还草，还湖，退牧还草
二、教学目标
1、阐明群落的演替过程。
2、说明人类活动对群落演替的影响。
3、关注我国实行退耕还林、还草、还湖，退牧还草的政策。
三、教学重点、难点及解决方法
1、教学重点及解决方法
[教学重点]
群落的演替过程。
[解决方法]
⑴利用教材中的图片讲解光裸的岩地上的和弃耕的农田上的群落演替过程。
⑵分析二者的共同点与不同点，以动态发展观引发学生对演替的本质进行思考。
2、教学重点及解决方法
[教学难点]
同上。
[解决方法]
同上。
四、课时安排
1课时。
五、教学方法
启发式、讲解法。
六、教具准备
相关图片、资料。
七、学生活动
1、思考、分析、回答相关问题。
2、实地考察。
八、教学程序
（一）明确目标
（二）重点、难点的学习与目标完成过程
导入：
群落是一个动态系统，它时时刻刻都在发生着生物与生物之间，生物与环境之间的相互作用。
在正常情况下，大多数群落中物种结构相对稳定。
但是，当群落结构受到干扰或破坏，一些种群落消失了以后，总会有其他一些种群来占据这个群落的空间，经过一段时间，又会有另一些种群兴起，逐渐取得优势。
群落演替是一个长期的过程，总是向着群落恢复相对稳定状态的方向进行。
[问题探讨]教材P78相关内容。
一、演替的概念和类型
随着时间的推移，一个群落被另一个群落代替的过程，就叫演替。
光裸的岩地上是怎样长出森林的呢？
投影教材P79图片。
学生思考讨论教材中的问题。
教师讲解归纳：
1、裸岩阶段
2、地衣阶段地衣首先在裸岩上定居。
地衣分泌的有机酸可加速岩石风化形成土壤的过程。
于是，土壤颗粒和有机物逐渐增多。
3、苔藓阶段：
在地衣开拓的基础上，苔藓便能生长起来。
苔藓比地衣长得高，在与地衣争夺阳光竞争中处于优势，于是就逐渐扩展。
苔藓的生长会进一步使岩石分解，土层加厚，有机物增多，土壤中微生物的群落也越来越丰富。
4、草木植物阶段：
在土壤能保持一定水分时，草木植物的种子就能够萌发生长。
竞争的结果是较高的草木植物占据了优势。
这时，各种昆虫和其他小动物开始进入到这个地区。
在动植物的共同作用下，土壤中的有机物越来越丰富，土壤的通气性越来越好。
5、灌木阶段：
灌木和小木开始生长。
灌木比草本植物更为高大，剥夺了草本植物的阳光，逐渐取代了草木植物。
灌木的生长起到了遮阳、避风的作用，同时提供了更为丰富的食物，于是成为许多鸟类的栖息地。
物种的多样化使得群落的结构较为稳定，抵御环境变化的能力增强。
6、森林阶段：
在灌木群落所形成的湿润土壤上，各种乔木的种子萌发出来。
乔木比灌木具有更强的获得阳光的能力，因而最终占据了优势，成为茂盛的树林。
树林的形成进一步改善了生物生存的环境，物种进一步多样化，生物与环境之间的关系变得更加丰富多样，于是群落演替到了相对稳定的森林阶段。
在弃耕的农田上，也会发生群落的演替。
投影教材P80相关图片。
让学生与发生在裸岩上的演替过程相比较。
教师归纳：
农田被弃耕以后，很快就会长满一年生的杂草。
在杂草的覆盖下，土壤条件会得到改善，一些多年生的杂草会接踵而至。
土壤表层有机物质逐渐增多，保水能力也逐渐增强，这将更有利于植物的生长。
几年后，一些小灌木便会生长起来，并成为灌木丛。
再经过一段时间，乔木开始出现。
高大的乔木占据了更多的空间，灌木逐渐减少，乔木逐渐蔚然成林。
在气候条件适宜的情况下，从弃耕的农田演替出树林，需要数十年时间。
如果是在干旱的荒漠地区，群落的演替就很难形成树林，或许只发展到草木植物阶段或稀疏的灌木阶段。
发生在裸岩上的群落演替是初生演替，由于它发生于一个从来没有被植被覆盖的地面，或者是原来存在过植被，但被彻底消灭了的地方，因此它是漫长而艰难的过程；而弃耕农田上的演替是一种次生演替，它发生于原有植被虽已不存在，但原有土壤条件基本保留，甚至还保留了植物种子或其他繁殖体的地方，因此它相对容易些。
二、人类活动对群落演替的影响
首先让学生在野外进行实地考察，将观察的情况列表记录
经常被踩踏的地方
轻微被踩踏的地方
不太被踩踏的地方
杂草的种类
茎秆高度和长势
植物生长的密度和蔓延的方向
周围树木生长情况
然后组织学生讨论之。
在讨论的基础上教师总结：
⑴人类活动往往是有目的、有意识地进行的，可以对生物之间、人类与其他生物之间以及生物与环境之间的相互关系加以控制，甚至可以改造或重建起新的关系；
⑵人类可以砍伐森林、填湖造地、捕杀动物，也可以封山育林、治理沙漠、管理草原。
人类活动往往会使群落演替按照不同于自然演替的速度和方向进行。
三、退耕还林、还草、还湖
学生上网调查下列资料并讨论：
⑴我国水土流失造成的严重后果，认识到必须与大自然和谐相处，绝不能以牺牲环境和浪费为代价求得一时的发展，必须走可持续发展道路，处理好经济发展同人口、资源、环境的关系，致力于生活环境的改善；
⑵《退耕还林条例》的主要内容及意义；
⑶政府在实施“退耕还林、还草、还湖”时的主要政策等等。
总结：
⑴人类活动有时会有意或无意地将一种新的物种引入到某一群落之中。
在适宜的条件下，这些脱离了原有生物之间相互作用关系的新物种往往会大肆扩散和蔓延开来，迅速成为优势种，打破原有群落的稳定性，危及已有物种特别是珍稀濒危物种的生存，造成生物多样性的丧失，对当地经济、社会造成巨大危害；
⑵与人类对环境的直接破坏不同，外来入侵物种对环境的破坏及对生态系统的威胁是长期的、持久的。
当人类停止对某一环境的污染后，该环境一般会逐渐恢复，而当一种外来物种停止传入一个生态系统时，已传入的该物种个体并不会自动消失。
由外来物种入侵导致的本地物种的灭绝往往是不可恢复的；
⑶我国目前已公布了外来入侵物种名单。
1982年在南京中山陵附近首次发现原产美国的松材线虫传入我国，到2001年，已经在江苏、安徽等十多个省八十多个县（市）发生松材线虫危害，每年致死松树600多万株，造成的直接经济损失数十亿元。
随着我国对外交流活动的不断增多，防止外来入侵生物的危害，已成为保护生态环境的一项重要而艰巨的任务。
四、水生演替（选学）
水生演替系列实际上是一个植物填平湖沼的过程。
每一阶段的群落都以抬高湖底而为下一个阶段的群落出现创造条件。
这种演替系列，经常可以在一般的湖沼周围看到，在不同深度的水生环境中，演替系列中各阶段的植物群落成环带状的分布。
随着湖底抬高，它们逐个地向前推进。
最终导致水生生物群落演变为陆地生物群落。
（三）总结
群落演替的类型、阶段，人类活动对群落演替的影响及退耕还林、还草、还湖的道理。
（四）作业布置
教材P82练习。
（五）板书设计
第4节群落的演替
一、群落演替的概念和类型
1、概念
2、光裸的岩地上的群落演替过程
裸岩阶段→地衣阶段→苔藓阶段→草本植物阶段→灌木阶段→森林阶段
3、弃耕农田上的群落演替过程
初生演替
4、类型
次生演替
二、人类活动对群落演替的影响
三、退耕还林、还草、还湖
四、水生演替（选学）
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