1.2 种群数量的变化-2024-2025学年高二生物同步备课课件（人教版2019选择性必修2）

1.2 种群的数量变化 我们的手上难免沾染细菌。细菌的繁殖速率很快，因而我们要常洗手。 手越白意味着越脏，越黑意味着越干净 假设在营养和生存空间没有限制的情况下，某种细菌每20 min就通过分裂繁殖一代（初始值按照1计算） 时间（min) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 分裂次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 数量（个） 指数形式 2 4 8 16 32 64 128 256 512 21 22 23 24 25 26 27 28 29 1.结合上表，总结第n代细菌数量的计算公式是什么？ 设：细菌初始数量为N0 数学公式： Nn= N0×2n 0 时间/min 细菌数量/个 100 200 300 400 500 20 40 60 80 100 120 140 160 180 时间(min) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 分裂次数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 数量（个） 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 Nn=N0×2n 数学公式： 曲线图： 精确、不够直观 直观、不够精确 3.曲线图与数学方程式比较，有哪些优缺点？ 2.以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌的数量增长曲线　 在一个培养瓶中，细菌的数量会一直按照这个公式描述的趋势增长吗？ 不会，因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。 建立数学模型 用来描述一个系统或它的性质的数学形式。 2.数学模型建构的一般过程：  提出问题  提出合理的假设  建立数学模型  模型的检验与评价 以“细菌增值”实例 3.表现形式——曲线图、数学公式 科学方法 1.数学模型概念： 一、构建种群增长模型的方法 细菌每20 min分裂一次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量？ 在资源和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 观察研究对象，提出问题 提出合理的假设 Nn=2n，Nn代表繁殖n代后细菌数量，n代表繁殖代数 观察、统计细菌数量，对所建立的模型进行检验或修正 根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达，即建立数学模型 通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正 4.建立数学模型的过程 1.下列关于建构种群增长模型方法的说法，不正确的是(　　) A.曲线图能直观地反映出种群数量的增长趋势 B.数学模型就是用来描述一个系统或它的性质的曲线图 C.数学模型可描述、解释和预测种群数量的变化 D.在数学建模过程中也常用到假说一演绎法 B 【现学现用】 资料1：1859年，一位来到澳大利亚定居的英国人在他的农场中放生了24只野兔。让他没想到的是， 一个世纪之后，这24只兔子的后代竟超过6亿只。漫山遍野的野兔不仅与牛羊争食牧草，还啃啮树皮，造成植被破坏，导致水土流失。后来，黏液瘤病毒控制了野兔的种群数量。 资料2：20世纪30年代， 人们将环颈雉引入某地一个小岛。1937——1942年，5年间这个种群数量的增长如下图3所示。 思考·讨论 分析自然界种群增长的实例 思考讨论: 1、这两个资料中种群增长有什么共同点? 2、种群出现这种增长的原因是什么？ 3、这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？ 种群数量增长迅猛,且呈无限增长趋势。 食物和空间条件充裕、没有天敌、气候适宜等 不能，因资源和空间是有限的 二、种群的“J”型增长 在理想条件下，以时间为横坐标，种群数量为纵坐标，画出的种群增长曲线大致呈“J”形。 *注意： 该曲线的起点不是原点。 1.模型假设 理想条件 食物和空间条件充裕、气候适宜、 没有天敌和其他竞争等。 种群的数量每年以一定的倍数增长， 第二年的数量是第一年的λ倍。 什么情况会出现理想状态？ ①实验室条件下； ②当一个种群刚迁入到一个新的适宜环境时 。 2.建立模型——t年后种群数量表达式 各参数含义 N0—— t—— Nt —— λ—— 种群的起始数量 时间 t年后该种群的数量 该种群数量是前一年种群数量的倍数 t年后种群的数量为: Nt=N0λt 一年后种群的数量为: N1=N0λ1 二年后种群的数量为: N2=N1·λ＝N0λ2 Nt=N0λt 项目 种群数量变化 年龄结构 λ>1     λ＝1     λ<1     增加 增长型 相对稳定 稳定型 减少 衰退型 λ >1 λ <1 λ =1 种群数量 时间 0 只有λ＞1且为定值时，种群增长才为“J”形增长。 种群数量变化符合数学公式Nt=N0×λt 时，种群增长曲线一定是“J”形吗？ 增长率 =（现有个体数-原有个体数）/种群原有个体数 例：“一个种群有1000个个体，一年后增加到1100”，则该种群的增长率为: ×100%=10% 1100-1000 1000 增长率＝λ-1 2.增长速率：单位时间内增加的个体数量。 增长速率 =（现有个体数-原有个体数）/增长时间 1.增长率：单位时间内净增加的个体数占原来个体数的比例。 例：“一个种群有1000个个体，一年后增加到1100”，则该种群的增长速率为: =100个/年 1100-1000 1年 (实质就是“J”形曲线的斜率) 3.“J”形增长的增长率和增长速率 O 增长速率 时间 【小结】种群的“J”形增长 1. 理想条件： 2. 发生时期： 3. 种群 J 形增长方式的数学模型是： 4. 特点：种群数量 ； 增长率 (入-1)；增长速率呈 .（“J”形曲线的 ）。 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。 实验条件下、当一个种群刚迁入到一个新的适宜环境时 。 Nt=N0入t 连续增长 保持不变 指数函数增长 斜率 1-4年，种群数量呈_____形增长； 4-5年，种群数量__________； 5-9年，种群数量__________； 9-10年，种群数量 ； 10-11年，种群数量________； 11-13年，种群数量_________________ _________________ 前9年，种群数量第_____年最高； 9-13年，种群数量第____年最低。 “J” 增长 相对稳定 下降 下降 11-12年下降，12-13年增长 5 12 【现学现用】据图说出种群数量如何变化 资料：生态学家高斯（G. F. Gause，1910—1986）曾经做过单独培养大草履虫的实验：在0.5 mL培养液中放入5个大草履虫，然后每隔24 h统计一次大草履虫的数量。经过反复实验，得出了如图所示的结果。 时间（天） 0 1 2 3 4 5 6 种群数量（个） 5 20 137 319 369 375 365 1.大草履虫的数量在第几天增长较快？ 第二天和第三天 K=375 第5天后 三、种群的“S”型增长 2.为什么大草履虫种群没有出现“J”形增长？ 由于随着大草履虫数量的增多，对食物和空间的竞争趋于激烈，导致出生率下降，死亡率升高。 K=375 第5天后 3.这种类型的种群增长称为什么？ 种群的“S”形增长 三、种群的“S”型增长 1.“S”形增长形成原因： 现实状态存在环境阻力 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 此时种群所能维持的最大数量称为什么？ 三、种群的“S”型增长 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。 思考1：K 值 （是/不是）种群数量的最大值 K 值是环境容纳量，即在保证环境不被破坏前提下所能维持的种群的最大值；在环境不遭到破坏的情况下，种群数量也会在K值附近上下波动；种群所达到的最大值可能会超过K值。 请据图分析：该种群的K 值为 。 思考2:同一种群的K 值是固定不变的吗？ 不是固定不变的，会受到环境因素的影响。当环境条件状况改善时，K值会增大；反之，K值会减小，甚至种群会灭绝。 K2 不是 2.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。 种群基数小，需要适应新环境，增长较缓慢； 资源和空间丰富，出生率升高，种群数量增长迅速； 资源和空间有限，种群密度增大，种内竞争加剧，出生率降低，死亡率升高，种群增长减缓； 出生率约等于死亡率，种群增长速率几乎为0，种群数量达到K值，且维持相对稳定。 种群数量为K/2，种群增长速率达到最大； ab段： 3.“S”形增长曲线图分析： bc段： c点： de段： cd段： 4. “S”形增长的增长率和增长速率 时间（D） 种群数量 1 20 2 140 3 340 4 370 5 375 6 375 增长率 = 种群净增加数 原种群数量 X 100% 增长率受种群密度制约，种群增长率 。 逐渐减小 K/2 t0 t1 t2 时间 种群数量 K a b c d e （1）增长率 在“S”形曲线中： K值时：①增长速率为 。 ②出生率与死亡率 。 K/2值时：①增长速率为 值。 ②出生率与死亡率 。 相等 0 最大 差值最大 t0 t1 t2 时间 0 K/2 K 数量 增长速率 f g h 增长速率变化： 增长速率 = 种群净增加数 时间 ①增长速率先增大后减少，最后为0(K值时)。 ②当种群数量为K/2时，增长速率达到最大。 时间（D） 种群数量 1 20 2 140 3 340 4 370 5 375 6 375 K/2 t0 t1 t2 时间 种群数量 K a b c d e 4. “S”形增长的增长率和增长速率 （2）增长速率 ① 对应的种群增长速率为0,数量最大,为K值。 ② 对应的种群增长速率最大,为K/2值。 对应的种群出生率与死亡率相等,种群数量达到最大,为K值。 A点 A'点 B点 不同曲线模型中“K 值”与“K/2 值” ① 对应的种群数量为K值。 ② 对应的种群出生率与死亡率差值最大，为K/2值。 ① 对应的种群个体数最多,即K值。 ② 对应的种群个体数为K/2值。 C点 C'点 D点 D'点 不同曲线模型中“K 值”与“K/2 值” ①野生大熊猫种群数量锐减的关键原因是什么？ ②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，，由于食物的减少和活动范围的缩小，K值降低。 K值的应用 （1）实践应用1——野生生物的保护 ？ 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 增大 死亡率 降低环境 容纳量 搞好卫生 降低 出生率 防治有害生物的根本措施 硬化地面 （2）实践应用2——有害生物的防治 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？ K 种群数量 时间 0 B C D E t1 t2 A K/2 应使被捕鱼群的种群数量保持在K/2水平，因为K/2水平上种群增长速率最大，可实现“既有较大收获量又可保持种群高速增长”，从而不影响种群再生，符合可持续发展的原则。 K/2值的应用 ——“黄金开发点” K 种群数量 时间 0 B C D E t1 t2 A K/2 “黄金开发点” S型曲线增长速率曲线 增长速率 时间 t1 t2 K/2 K A B C D E 渔业资源最佳捕捞时期？ K/2后 对有害生物防治防治？ 达到K/2前 K/2值的应用 防治，严防达到 ， 增大 ，降低 。 ①濒危动物和野生资源的保护 ②渔业或林业资源开发 ③有害生物防治 建立 。 增大 。 开发应在 。 开发后种群数量维持在 。 自然保护区 K值 K/2后 K/2 K/2前 K/2 环境阻力 K值 【小结】K值与K/2值的应用: 不等同，已经存在环境阻力。 【归纳总结】“J”形增长和“S”形增长的比较 环境阻力 食物不足 空间有限 种内竟争 天敌捕食 气候、传染病等 (3)图中两曲线间的阴影部分代表 ，按自然选择学说，就表示在生存斗争中被 的个体数量。 (1)某种群生活在一个较理想的环境中，则此种群数量增长的曲线是 。 (2)如果此种群生活在一个有限制的自然环境中，种群的个体数量增长的曲线可能是 。 “S”形 “J”形 环境阻力 淘汰 (4)“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？为什么？ 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。 对于大多数生物种群来说，种群数量总是在波动中。 某地区东亚飞蝗种群数量的波动 1.种群数量的相对稳定 2.种群数量的波动 四、种群数量的波动 处于波动状态的种群，在某些特定的条件下可能出现种群爆发。蝗灾、鼠灾、赤潮等，就是种群数量爆发增长的结果。 蝗灾 鼠灾 赤潮 3.种群数量的爆发 拓展：种群数量的爆发 东亚飞蝗在我国的大发生没有周期性规律，干旱是大发生的主要原因。在黄河三角洲上的湿生草地，若遇到连年干旱，土壤中的蝗卵成活率就会提高，这是造成蝗虫大发生的主要原因。在淮河流域，前一年大涝，第二年飞蝗大发生的概率最大。故河北蝗区常出现“先涝后旱，蚂蚱成片”，“大水之后，必闹蝗灾”的情况。 当种群长久处于不利条件下，种群数量会出现持续性的或急剧的下降。如遭遇人类乱捕滥杀和栖息地破坏。 种群的延续需要有一定的个体数量为基础。当一个种群的数量过少，种群可能会由于近亲繁殖等原因而衰退、消亡。 ▲对于那些已经低于种群延续所需要的最小种群数量的物种，需要采取有效的措施进行保护。 捕鲸现场 4.种群数量的下降 (1)环境容纳量是指种群的最大数量( ) (2)不同种生物的K值各不相同，但同种生物的K值固定不变( ) (3)一个物种引入新地区后，一定呈“J”形增长( ) (4)种群数量变化不仅受外部因素的影响也受自身内部因素的影响( ) (5)种群“J”形增长曲线中的增长率和增长速率均恒定不变( ) (6)为有效防治蝗灾，应在种群数量为K/2时及时控制种群密度( ) × × × √ × × 1.易错辨析 【现学现用】 2.下图表示出生率、死亡率和种群密度的关系，据此分析得出的正确表述是 (　　) A．在K/2时控制有害动物最有效 B．图示规律可作为控制人口增长的依据 C．该图可用于实践中估算种群最大净补充量 D．在K/2时捕捞鱼类最易得到最大日捕获量 C 不能靠增加死亡率来减少净补充量 K/2之前 3.下图为种群数量增长曲线，不考虑迁入和迁出，下列有关叙述不正确的是（　 　） A．种群的数量变化除了“J”形和“S”形增长，还有稳定、波动和下降等 B．bc段种群增长速率逐渐下降，是因为出生率小于死亡率 C．自然状态下种群数量达到K 值时，种群的增长速率接近于0 D．当环境条件发生变化时，种群的K 值也会发生相应的变化 B 思考：酿酒和做面包都要用到酵母菌，这些酵母菌可以用液体培养基（培养液）来培养，培养液中酵母菌的数量是怎样随时间变化的？ 探究·实践：培养液中酵母菌种群数量的变化 1. 实验原理: 2. 提出问题: 培养液中酵母菌的数量是怎样随时间变化的? 3. 作出假设: 在理想条件下，酵母菌种群的增长呈“J”形曲线；在各种资源有限或者存在环境阻力的情况下，酵母菌种群增长呈“S”形曲线。 ①培养液中的酵母菌数量一开始呈“J”型增长； ②随着时间推移，由于营养物质的消耗、有害代谢产物的积累、pH的改变，酵母菌数量呈“S”型增长。 4.实验设计 (1)变量分析：自变量： ；因变量： ； 无关变量： 等。 时间 酵母菌数量 培养液的体积、pH、培养的温度 (2)酵母菌计数方法： 法。 酵母菌菌种 无菌马铃薯培养液或者肉汤培养液 血细胞计数板 显微镜 抽样检测 (3)材料用具 导流凹槽 两个计数室 所在区域 血细胞计数板 导流凹槽 两个计数室 所在区域 每个方格网上刻有9个大方格，其中只有中间的一个大方格为计数室，供微生物计数用。这一大方格的长和宽各为1mm，深度为0.1mm，其体积为0.1mm3，合1×10-4mL。。 如何利用血细胞计数板对酵母菌进行计数？ 大方格 中方格 小方格 16 （中格）×25 （小格） 25（中格）×16（小格） 不管计数室是哪一种构造，其每一大方格都是由16×25=25×16=400个小方格组成。 16×25型： 计四角的4个中方格，共100个小方格中的酵母菌数量，记为a 25×16型： 一般计数四个角和中央的五个中方格，共80个小方格的酵母菌数量，记为a。 酵母菌细胞个数/ml=(a/100)*400*104*稀释倍数 酵母菌细胞个数/ml=(a/80)*400*104*稀释倍数 1mL培养液中酵母菌个数：=小方格中酵母菌数量的平均值×400 ×104×稀释倍数 1.用血细胞计数板对培养液中酵母菌进行计数，若计数室为1mm×1mm×0.1mm方格，由400个小方格组成。若多次重复计数后，算得每个小方格中平均有5个酵母菌，则10mL该培养液中酵母菌总数有 个。 2×108 解析 ：根据公式：5×400×10000×10＝2×108 2.若使用的血细胞计数板(规格为1 mm×1 mm×0.1 mm)每个计数室分为25个中方格，每个中方格又分为16个小方格，将样液稀释100倍后计数，发现计数室四个角及中央共5个中方格内的酵母菌总数为20个，则培养液中酵母菌的密度为 个/mL。 1×108 解析 ：根据公式：（20÷5)×25×10 000×100＝1×108 【现学现用】 5.实验步骤 (1) 酵母菌培养： (2) 振荡培养液：取样时，要振荡培养液，目的是使酵母菌均匀分布于培养液中。 液体培养基，无菌条件 (3) 取样观察并计数 将含有酵母菌的培养液滴在盖有载玻片的血细胞计数板上，在显微镜下观察和计数，测定1mL培养液中的酵母菌个数。 计数一个小方格内的酵母菌数量。 先将盖玻片放在血细胞计数板上 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，将计数板放在载物台的中央。 05 (3) 取样观察并计数 (4) 重复(2)、(3)步骤，连续观察七天，统计数目 (5) 绘图分析：将所得数值用曲线表示出来，得出酵母菌种群的数量变化规律 第 1 天 第 4 天 第 6 天 第 7 天 死亡 6.分析结果，得出结论 酵母菌数量变化记录表 检 (1)增长曲线的总趋势是__________________ 先增加再降低 酵母菌数量为何会下降？ ①营养物质消耗殆尽 ②有害代谢产物积累 ③pH改变 结论：随着时间的推移，由于资源和空间有限，将呈“S”形增长，酵母菌种群增长呈“S”形增长。并最终将大量死亡。 6.分析结果，得出结论 （2）对于压在小方格界线上的酵母菌，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。 （1）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？ 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。 7.实验操作分析 取样时没有振荡：①从试管下部吸取的培养液浓度偏大； ②从试管上部吸出的培养液浓度偏小。 （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 100倍 一般样品稀释后的适宜范围是5~10个菌体/小方格。 1mL培养液 9 mL水 9 mL水 1mL培养液 稀释10倍 稀释100倍 (4)本探究需要设置对照吗？ 本实验中存在自身前后对照（酵母菌在不同时期的数量相互对比），不需要另外设置对照。 (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。 (6)怎么分辨死亡细胞和有活性的细胞？ 死亡细胞多集结成团； 可以借助台盼蓝染色（死亡细胞呈蓝色） 8.注意事项： （1）取样时间需一致，且应做到随机取样（每天同一时间取样，或者每隔相同一段时间取样）； （2）抽取样液之前，需要振荡，使酵母菌均匀分布，如果未振荡试管就吸出培养液，可能出现两种情况:一是从试管下部吸取的培养液浓度偏大; 二是从试管上部吸出的培养液浓度偏小。因为酵母菌会沉降在瓶底； （3）若保持培养条件，酵母菌种群数量不会一直保持稳定，将会下降，因为营养物质减少、代谢废物增多、空间有限、pH降低等； （4）血细胞计数板使用完毕后，用水冲洗干净或浸泡在酒精溶液中，切勿用硬物洗刷或抹擦，以免损坏网格刻度 1.为探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化，某同学进行了如下操作： ①将适量干酵母放入装有一定浓度葡萄糖溶液的锥形瓶中，在适宜条件下培养 ②静置一段时间后，用吸管从锥形瓶中吸取培养液 ③在血细胞计数板中央滴一滴培养液，盖上盖玻片 ④用滤纸吸除血细胞计数板边缘多余的培养液 ⑤将计数板放在载物台中央，待酵母菌沉降到计数室底部，在显微镜下观察计数. 其中操作正确的是(　　) A．①②③　 B．①③④ C．②③④ D．①④⑤ 【现学现用】 D 2.血细胞计数板是对细胞进行计数的重要工具,下列叙述正确的是（ ） A. 每块血细胞计数板的正中央有1 个计数室 B. 计数室的体积为1mm×1mm×0. 1mm C. 盖盖玻片之前,应用吸管直接向计数室滴加样液 D. 计数时,不应统计压在小方格角上的细胞 ------- 2个 B ------------------------ ------------- 小方格的边缘计算法：计上不计下，计左不计右，相邻两边计一夹角 3.某学生在“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验中，根据实验结果绘制出下图所示的曲线。有关分析错误的是(　　) A. 实验过程中酵母菌种群的年龄组成先是增长型,后是稳定型,最后变为衰退型 B. 种群数量在不同时间的增长速率可能相同 C. 本实验中不存在对照 D. 每次取样前应将培养瓶振荡摇匀 C $$