1.2 种群数量的变化课件-2023-2024学年高二上学期生物人教版选择性必修2

第2节 种群数量的变化 1 细菌的增殖方式： 二分裂 细菌种群数量的增长有规律可循吗？ 时间（min) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 分裂次数 细菌数量（个） 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1 2 3 4 5 6 7 8 9 讨论题1：第n代细菌数量的计算公式是： 　 Nn＝2n P7 问题探讨 在营养和生存空间没有限制的情况下，某种细菌每20分钟就通过分裂繁殖一代。 讨论题2：72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？ n＝ ６０min x７２h／２０min＝２１６(次） Nn＝2216 3 3 一、建构种群增长模型的方法 细菌数量/个 时间/min 0 100 200 300 400 500 600 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 我们刚才分析细菌……变化的过程其实就是在建立模型的过程 4 模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性描述。 模型 模型 回顾高一 物理 概念 5 ①观察研究对象，提出问题 ②提出合理的假设 ④通过进一步的实验或观察等，对模型进行检验或修正 ③根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达——建立模型 细菌20min分裂一次，n代后的数量？ 资源空间无限多，细菌种群的增长不受种群密度增加的影响 Nn＝２n，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 建立数学模型的一般步骤： 一、建构种群增长模型的方法 数学模型： 用来描述一个系统或它的性质的数学形式。 能够描述、解释、预测种群数量的变化 6 时间/min 细 菌 数 量 / 个 0 100 200 300 400 500 20 40 60 80 100 120 140 160 180 数学方程式:Nn＝2n 曲线图 数学模型： 优点：直观， 局限：不够精确 细菌种群的增长曲线 数学公式：科学、精确、不够直观 7 上述数学模型只是在理想条件下，细菌数量增长的推测。自然界中，种群的数量变化情况是怎样的？ 澳大利亚野兔的“嚣张” 24只野兔 实例1 澳大利亚野兔的扩张 24只野兔 6亿只野兔 100年后 9 2000年世界人口增长曲线 实例三：P9旁栏 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”形。这种类型的种群数量增长成为“J”形增长。 10 二、种群增长的“J”形曲线 产生条件： 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 实例1、2中，种群出现J形增长的时机,都是在：一个种群刚迁入到一个条件适宜的新分布地时 一、建构种群增长模型的方法 形 此时会有哪些种群数量增长的有利因素呢？ 11 方程式模型：Nt=N0 λt 二、种群增长的“J”形曲线 ①、模型假设： ②建立模型： 理解模型中各参数意义☆☆ 食物空间条件充足，气候适宜，没有敌害，种群数量以一定的倍数连续增长。 N0 为该种群的起始数量， t 为时间， Nt 表示 t 年后该种群的数量， λ 表示该种群数量是前一年种群数量的的倍数。 12 12 Nt = N0 λt t 年后该种群的数量 种群的起始数量 每年增长倍数 时间 λ = 当年种群数量Nt 前一年种群数量Nt-1 ③λ值大小与种群数量变化的关系 λ > ：种群数量增加 λ＝1：种群数量不变（相对稳定） λ＜1：种群数量下降 1 我们可以引入哪些概念来描述种群数量的增长情况呢？ ④增长率：指在单位时间内种群数量增加的量占初始数量的比例，是一个百分比，无单位。 N0λt－N0λt-1 N0λt-1 = λ－1 新增个体数 原有个体数 增长率 = 公式 O 增长率 λ - 1 曲线 时间 即使种群数量变化符合数学公式Nt=N0λt ，种群增长曲线也不一定是“J”形。 只有λ＞1且为定值时，种群增长率才大于0且为定值，表现为“J”形增长。 出生率-死亡率=种群增长率 14 种群的增长率 时间 λ-1 种群数量增长曲线的斜率又是否可以表示增长快慢呢？ 增长率=λ-1 ⑤增长速率：指种群数量在单位时间内的改变数值，有单位（如：个/年等）。 公式 新增个体数 单位时间 增长速率 = 曲线 观察种群数量曲线的斜率变化 种群数量曲线的斜率——单位时间内种群数量的变化率 种群的增长速率 思考：“J”形增长能一直持续下去吗？ 增长速率≠增长率 如果遇到资源、空间等方面的限制，种群还会呈“J”形增长吗？ 3 16 【生态学家高斯的实验】 在0.5 mL培养液中放入5个大草履虫，每隔24h统计一次大草履虫的数量。经反复实验，结果如右图所示。　 第2、3天增长较快，但是第5天以后基本维持在375个左右 不是数学王子 17 1.概念： 种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定，增长曲线呈“S”形。 2.“S”形增长形成原因： 现实状态 ①资源和空间有限 ②种群密度增大时 种内竞争加剧 出生率下降 死亡率升高 出生率=死亡率 种群稳定在一定的水平 此时种群达到的最大数量称为什么？ 三、种群的 “ S ” 形增长 3.环境容纳量：☆ 一定的环境条件所能维持的种群最大数量称为环境容纳量，又称K 值。 问题1: K值是不是种群数量的最大值？ 不是；K值是种群在一定环境条件下所能维持的种群最大数量 问题2: 同一种群的K值是固定不变的吗？ 不是一成不变的：K值会随着环境的改变而发生变化，当环境遭到破坏时，K值会下降；当环境条件状况改善时，K值会上升。 三、种群的 “ S ” 形增长 增长速率 时间 t1 t2 （1）增长速率先增大后减小，最后为0。 （2）当种群数量为0-k/2时，增长速率不断增大；k/2时达到最大；种群数量超过k/2时，增长速率不断减小，到达k时，增长速率下降到0 K/2 K 增长速率 4. “S”形增长增长率和增长速率 S形曲线的增长率不要求推导(逐渐减小） 野生大熊猫种群数量锐减的关键原因是什么？ P9 保护大熊猫的根本措施是什么？ 建立自然保护区，改善栖息环境，从而提高环境容纳量。 野生大熊猫的栖息地遭到破坏，食物和活动范围缩小，K值降低。 5.K值和K/2值的运用： 三、种群的 “ S ” 形增长 如何控制有害动物如老鼠？ K 种群数量 时间 0 B C D E t1 t2 A K/2 5.K值和K/2值的运用： 三、种群的 “ S ” 形增长 思路①：降低K值。 具体措施：清除垃圾、严密储存食物，引入天敌等 思路②：机械捕杀、药物毒杀，种群数量达到k/2之前开始处理！否则其种群数量会快速增长，数量过大难以处理。 K 22 为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地获得最大捕鱼量，应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平？为什么？ 应使被捕鱼群的种群数量超过 时开始捕，捕到剩余 水平为止，因为在这个水平上种群增长速率最大，恢复最快。 5.K值和K/2值的运用： K 种群数量 时间 0 B C D E t1 t2 A K/2 三、种群的 “ S ” 形增长 k/2 K/2 若捕获到小于k/2时，虽然本次收获量更大，但会导致种群数量恢复慢，无法持续获得最大捕鱼量。 11 23 5.K值和K/2值的运用： K值 → 保护野生生物资源 → 防治有害生物 草原最大载畜量不超过 → 合理确定载畜量 K/2值 渔业捕捞后的种群数量要在 值处 防治有害生物，严防达到K/2值处 三、种群的 “ S ” 形增长 增大K值 降低K值 K值 K/2 K/2值前 1 24 小 结 “J”形增长 “S”形增长 产生条件 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理想条件。 资源和空间有限、受气候变化影响、受其他生物制约。 增长特点 每个世代的种群数量以一定倍数增长，后一世代种群数量是前一世代种群数量的λ倍，种群增长速率越来越快。 种群增长速率先逐渐增大，K/2时增长最快，此后增长减缓，到K值时停止增长。 增长速率坐标图 联系 “S”形增长是“J”形增长在自然界环境阻力作用下发展的必然结果。 ①种群的数量变化只有增长这种情况？ ②种群数量达到K值后，都能在K值维持稳定吗？ 思考？ 25 种群数量的变化 1.增长——J,S形 自然界中，有的种群能够在一段时间内维持数量的相对稳定，但对于大多数生物来说，种群数量总是在波动中。 某地区东亚飞蝗种群数量的波动 2.波动 种群长久处于不利条件下，如遭遇人类乱捕滥杀（鲸鱼）和栖息地破坏 3.下降 26 五、实验：培养液中酵母菌种群数量的变化☆☆☆ 内容多，常考常查 五.实验：培养液中酵母菌种群数量的变化 酵母菌 酵母菌是真核生物，是兼性厌氧型生物，可以出芽生殖，酿酒和做面包都需要酵母菌，这些酵母菌可以用培养液来培养。 培养液 1. 实验材料 酵母菌出芽生殖 提出问题 作出假设 设计实验 进行实验 得出结论，交流讨论 进一步探究 2. 探究思路 培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的？ 提出问题 时间 呈“J”形增长 开始 延长 呈“S”形增长 最后 数量下降 作出假设 提出问题 作出假设 设计实验 进行实验 得出结论，交流讨论 进一步探究 2. 探究思路 配制酵母菌培养液 接种酵母菌到培养液中 培养 计数 统计分析 得出结论 如何计数？ 如何统计？ 设计实验 ①自变量：____________________ ②因变量：____________________ ③无关变量：__________________ 时间 酵母菌数量 培养液的体积等 酵母菌是异养型的，需要加入葡萄糖等现成有机物 1)计数方法 进行逐个计数是非常困难的，可以采用抽样检测的方法： 培养液 也有抽样的思路，但是没有划出样方，所以不叫样方法 2) 计数用具—血细胞计数板 XB.K.25 0.10mm 1/400mm2 量制滬字 02270113號 横面观 侧面观 计数室 边长为1mm 深度为0.1mm 1个计数室的体积为0.1mm3，1个计数室有400个小方格。 每个小方格的底面积是1/400mm2，体积是1/4000mm3。 方格网上刻有9个大方格，但是只有中间的一个大方格为计数室，供计数用。 ②中方格 ③小方格 1个大方格（即1个计数室）内共16个中方格 ①大方格 2) 计数用具—血细胞计数板 1个中方格内25个小方格 33 3)如何利用血细胞计数板对酵母菌进行计数？ 25（个中方格）×16（个小方格）型 A1 A2 A3 A4 A5 抽样检测思路： 1mL（1cm3）样品中酵母菌数 计算出A1、A2、A3 、A4和A5分别为五个中方格中的酵母菌总数，将该总数除以80（16x5），代表每个小方格内的酵母菌平均数目，然后再乘400，代表计数室内的酵母菌种群总数☆☆ A1+A2+A3+A4+A5 80 = ×400 × 104 ×稀释倍数 不可能逐一计算400个小方格数目再求和 34 用前述方法计数一个计数室内的酵母菌数量。 先将盖玻片放在血细胞计数板的计数室上 01 02 用吸管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入。 03 多余的培养液用滤纸吸去。稍待片刻。 04 待酵母菌全部沉降到计数室底部，将血细胞计数板放在载物台的中央。 05 4)统计步骤 讨论1：在统计中方格数目时，对于压在界线上的酵母菌，应当怎么计数？ 应取相邻两边及顶角计数。一般遵循“计上不计下，计左不计右”的原则。 讨论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？ 思考·讨论 使培养液中的酵母菌均匀分布，以保证估算的准确性，减少误差。 若没有摇匀，从底部吸取，计数结果会偏大，从上部吸取，计数结果会偏小。 请同学答 36 讨论3：如果小方格内酵母菌数量过多，难以数清，怎么办？ 可将培养液适当稀释一定倍数后再计数。稀释后5~10个菌体/小方格较为适宜。 思考·讨论 稀释 100倍 1mL培养液 9 mL水 9 mL水 1mL培养液 稀释10倍 稀释100倍 计算时记得乘以稀释倍数 讨论4：本探究需要设置空白对照吗？ 不需要，本组实验在时间上已经构成前后（自身）对照。 讨论5：需要做重复实验吗？为什么？ 需要重复实验，对每个样品可计数三次，再取平均值，以提高实验数据的准确性。 思考·讨论 （1）培养液配制、分装、灭菌：将10ml无菌马铃薯培养液或肉汤培养液加入试管中。 （2）接种：将酵母菌接入试管中的培养液，混合均匀。 （3）培养：将试管放在28℃的恒温箱中培养7天。 （4）计数：每天取样计数酵母菌的数量，连续观察7天并记录这7天的数值。 （5）分析结果，得出结论：将所得数据用曲线图表示出来，分析实验结果，得出酵母菌种群数量变化规律。 进行实验 设计实验 首先通过显微镜观察，估计出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。 第1天 第4天 第6天 第7天 进行实验 第1天 第2天 第3天 第4天 第5天 第6天 第7天 第1组 第2组 第3组 ······· 第n组 平均值 6. 怎么记录结果？记录表怎样设计？ 思考·讨论： 时间 第1天 第2天 第3天 1 2 3 1 2 3 1 2 3 A1 A2 A3 A4 A5 平均数 总平均数 稀释倍数 1mL培养液酵母菌数 将样液稀释100倍，采用血细胞计数板（规格为1mm×1mm×0.1mm）计数，观察到的计数室细胞分布见图3，则培养液中酵母菌细胞的密度是＿＿＿＿＿个/mL。 1×108 5个中方格中酵母菌总数为 个 20 过关自检 分析结果，得出结论 将所得数值用曲线图表示出来。 结论： 酵母菌在开始一段时间呈“J”形增长，但随着时间的推移，由于资源和空间有限，将呈“S”形增长，并最终将大量死亡。 营养物质消耗 有害代谢产物积累 pH改变 1. 为什么不能先加培养液再盖盖玻片？ ② 直接滴加培养液时，在计数室内会产生气泡，导致计数室相对体积减少而造成误差。 ① 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，使计数室内液体增多，导致结果偏高。 一些细节的解释 2. 为什么要待酵母细胞全部沉到底部后再计数？ 如果酵母菌未能沉降到计数室底部，通过显微镜观察时就可能出现以下现象： ① 能看清楚酵母菌但看不清方格线； ② 能看清楚方格线但看不清酵母菌。 Lavf58.51.100 $$