1.2 种群数量的变化课件-2024-2025学年高二上学期生物人教版选择性必修2

1.2 种群数量的变化 第一章 种群及其动态 、 怎样构建种群增长的模型 种群的数量是怎样变化的 你了解吗 ？ 你的双手上遍布着约 150 种 1 亿至 1000亿个细菌 平均一克的指甲垢里就有30-40亿个细菌 照片：洗净手后手印培养基上培养出来的菌落图 视频：显微镜下手部的细菌 我们一起来看看吧，照片是洗净手后手印培养基上培养出来肉眼可见的子细胞集团，我们把它称之为菌落图，这样我们就能确定手部残留的细菌种类。而视频是借助显微镜放大1200蓓之后观察到的手部的细菌。现在能明白病从口入了吧，最近的流感和支原体肺炎来势汹汹，大家要好好洗手，注意防护哦！ 2 视频：显微镜下肺炎链球菌的疯狂增殖 备注：以上是在营养条件和生存空间没有限制的情况下培养所看到的画面。 接下来让我们一起来领略一下细菌超强的繁殖速度吧？ 3 时间/min 0 20 40 60 80 100 120 各时间节点视频截图 繁殖代数 0 1 2 3 4 5 6 细菌数量/个 任务1：建构理想条件下某种细菌种群数量的增长模型 资料：以下是显微镜下所记录到的肺炎链球菌在营养条件和生存空间没有限制的情况下疯狂增殖的一些数据。请你统计出其在不同时间的种群数量，并完成表格： 1. 72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？ 2.请写出该细菌繁殖n代后产生的后代细菌数量的计算公式。 3.假设细菌初始数量为N0，繁殖n代后的细菌数量的计算公式是什么？ 4.以上公式成立的条件是什么？ 5. 以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，请在下面坐标图中画出细菌的数量增长曲线。 6. 以上建立的数学模型一定准确吗？ 7. 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？为什么？ 任务1：建构理想条件下某种细菌种群数量的增长模型 5 数学公式 曲线图 Nn=N0 · 2n 精确，但不够直观。 直观，但不够精确。 数学模型：是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。 任务1：建构理想条件下某种细菌种群数量的增长模型 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物种等，即无环境阻力。 在自然界中，有没有类似于细菌种群数量增长的实例呢？ 建构数学模型的意义:描述、解释和预测种群数量的变化。 6 任务2：建构种群数量“J”形增长的数学模型 视频：野兔入侵澳大利亚 资料2：课本P8 思考*讨论 图片：某岛屿环颈雉种群数量的增长曲线 “J”形 7 结合课本P8的思考讨论部分，完成相应问题：（3分钟） 1. 在有关野兔和环颈雉的两个资料中，两个种群的增长情况有什么共同点？ 2. 种群出现这种增长的原因是什么？ 3. 野兔和环颈雉种群的增长曲线是否类似于细菌种群的增长曲线？ 4.请尝试建立相应的数学模型。 任务2：建构种群数量“J”形增长的数学模型 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（即无环境阻力） 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 数量变化： t年后该种群的数量 Nt=N0λt 起始数量 时间 该种群数量是前一年种群数量的倍数 模型假设 1 建构模型 2 种群数量 理想条件 二、种群的“J”型增长 9 建立数学模型 科学方法 研究实例 研究方法 细菌每20min分裂一次，细菌数量是怎样变化的？ 在资源和空间无限的环境中，细菌种群的增长不会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、统计细菌的数量，对自己建立的模型进行检验或修正 研究对象，提出问题 推出合理的假设 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 模型准备 模型假设 模型建立 模型修正 数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。 一、建构种群增长模型的方法 动物迁入适宜其生活的新环境后，一段时间内种群的数量变化；外来入侵物种的种群数量变化。 福寿螺(原产中美洲的热带和亚热带地区) 紫茎泽兰(原产南美洲) 3.“J”形增长的其他实例 研究表明，福寿螺交配1次可连续产卵最多14次，每3周产卵一次，每次产卵200～600粒。一只雌螺通常1年可产卵2400～8700粒，且孵化率高达百分之90。 结实能力强，传播速度快，每株可结种子多的可达10万粒，现在，云南80%面积的土地都有紫茎泽兰分布，大约以每年10-30公里的速度向北和向东扩散。 二、种群的“J”型增长 福寿螺繁殖力强，产卵量高，1年可发生2-3代。研究表明，福寿螺交配1次可连续产卵最多14次，每3周产卵一次，每次产卵200～600粒。一只雌螺通常1年可产卵2400～8700粒，且孵化率高达百分之90。其繁殖速度比亚洲稻田中的近缘物种快10倍左右。在中国外来入侵物种中名列第一位的紫茎泽兰，原产美洲的墨西哥至哥斯达黎加一带，大约20世纪40年代， 紫茎泽兰由中缅边境传入中国云南南部。常生于潮湿或山坡路旁，其结实能力强，传播速度快，每株可结种子3-4.5万，多的可达10万粒，随风飘移散落，极易在裸地和稀疏植被的生境中定植生长。西南地区的云南贵州四川广西西藏等地都有分布， 11 4.对“λ”的理解： Nt＝N0λt 中，λ表示种群数量是前一年种群数量的倍数，不是增长率。 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 【思考】当λ＞1时，种群一定呈“J”形增长吗？ 只有λ＞1且为定值时，种群增长才为“J”形增长。 二、种群的“J”型增长 增长速率： 种群在单位时间内净增个体数 =新增个体数/增长时间 增长率： 种群每年净增的个体数占原个体总数的比率。 =新增个体数/原有个体数 时间 λ-1 二、种群的“J”型增长 思考： 1.兔子数量与澳大利亚草原状态有什么关系？ 2.澳大利亚野兔的数量会一直持续按照“J”型曲线增长吗？ 14 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24 h统计一次大草履虫的数量。经反复实验，结果如下图所示。　　 据图回答问题：（3分钟） ①这条曲线像哪个英文字母？ ②与J形增长曲线相比有什么不同？ ③造成曲线变平缓的原因是什么？ ④指出在哪一时间该种群的增长 速率最快？ ⑤你怎么理解375这个数字的？ K值（环境容纳量）：一定的环境条件所能维持的种群最大数量。 种群数量 时间 0 K/2 K B C D E A 三、种群的“S”型增长 在有限的资源和空间条件下，当种群密度增大时，种内竞争不断加剧，种群的出生率降低，死亡率升高。当死亡率和出生率相等时，种群的增长就会停止，稳定在一定水平。 15 条件： 资源和空间有限，天敌的制约等（即存在环境阻力）。 数量变化： 模型构建 现实状态 当种群密度增大时，种内竞争就会加剧，这就会使种群的出生率降低，死亡率升高。当死亡率和出生率相等时，种群的增长就会停止，稳定在一定水平。 时间/d 种群数量/个 K=375 K值（环境容纳量）：一定的环境条件所能维持的种群最大数量。 三、种群的“S”型增长 16 4.种群”S”形增长的其它曲线 K值时 K/2值时 时间 死亡速率 出生速率 t0 t1 t2 出生速率或死亡速率 K值 出生率 时间 t0 出生率或死亡率 死亡率 K/2值时 时间 t0 种的增长速率 t1 t2 K值时 三、种群的“S”型增长 ①t1之前，种群数量小于K/2值，由于资源和空间相对充裕，种群增长速率逐渐增大； ②当种群数量为K/2值时，出生速率远大于死亡速率，种群增长速率达到最大值； ③t1～t2，由于资源和空间有限，当种群密度增大时，种内斗争加剧，天敌数量增加，种群增长速率下降； ④t2时，种群数量达到K值，此时出生率等于死亡率，种群增长速率为0。 1.请据图分析：该种群的K值为 。 K2 3.同一种群的K值是固定不变的吗？ K值会随着环境的改变而发生变化, 当环境遭受破坏时，K值会_________； 当环境条件改善时, K值会_________。 下降 上升 2.同一环境中不同种群的K值相同吗？ 一般不同 三、种群的“S”型增长 思考：K 值是种群数量的最大值吗？ K值是种群在一定环境条件下所能维持（允许达到）的种群最大数量，在环境条件没有变化的情况下，种群数量在K值上下波动，动态平衡。 同一种群的K 值不是固定不变的，会受到环境因素的影响，如生物自身的遗传特性和食物、栖息场所、天敌及其他生存条件均会影响动物种群的环境容纳量。 18 野生大熊猫种群数量锐减的关键原因是什么？ 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。 场景1 【K值的应用】 三、种群的“S”型增长 机械捕杀 药物捕杀 施用避孕药 养殖、放养天敌 断绝或减少食物来源 增大 死亡率 降低环境 容纳量 控制家鼠数量的思路和相应具体措施有哪些？ 降低 出生率 是防治有害生物的根本措施。 场景2 硬化地面 【K值的应用】 三、种群的“S”型增长 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 —“黄金开发点” a.渔业捕捞应在 ; 捕捞后鱼的种群数量维持在 。 K/2以后 K/2 b.而杀虫效果最好的时期在 。 K/2以前 场景3 【K值的应用】 三、种群的“S”型增长 K值 减小环境阻力 → 增大K值 → 保护野生生物资源 增大环境阻力 → 降低K值 → 防治有害生物 草原最大载畜量不超过K值 → 合理确定载畜量 K/2值 渔业捕捞后的种群数量要在K/2值处 K/2值前防治有害生物，严防达到K/2值处 三、种群的“S”型增长 【K值的应用】 “J”形增长 “S”形增长 K值 联系 阴影表示环境阻力，按自然选择学说，就表示在生存斗争中被淘汰的个体数量。 环境阻力减小，K 值增大； 环境阻力增大，K 值减小。 环境阻力 食物不足 空间有限 种内斗争 天敌捕食 气候不适 传染病等 种群数量 1 2 3 4 5 6 7 400 时间/d 300 200 100 0 K值 无K值 有K值 三、种群的“S”型增长 1.种群数量的相对稳定： 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。 2.种群数量的波动： 对于大多数生物种群来说，种群数量总是在波动中。在K值不变的情况下，种群的数量总是围绕着K值上下波动。 四、种群数量的波动 周期性波动 任何波动只要在两个相邻波峰之间相隔的时间基本相等就可称之为周期性波动。 北极旅鼠：每隔3到4年，北极旅鼠的数量会出现一次数量高峰，这种周期性波动是由于其繁殖能力和环境资源的限制导致的‌ 加拿大极地兔：这种动物的种群数量以10年为周期进行波动，这种周期性波动可能与气候和食物供应的变化有关‌ 四、种群数量的波动 非周期性波动 东亚飞蝗在我国有上千年的数量变动记录，其种群数量也表现出非周期波动。这种波动同样是由于气候变化引起的，没有固定的周期性规律‌ 欧洲灰鹭的数量波动是由于气候变化引起的。从1928年到1977年，欧洲灰鹭的种群数量在50年间表现出明显的非周期波动。这种波动没有固定的周期，而是随着气候的变化而变化‌ 四、种群数量的波动 处在波动状态的种群，在某些特定条件下可能出现种群爆发。如蝗灾、鼠灾、赤潮等。 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。 3.种群数量的爆发： 恐怖的东亚飞蝗（视频） 四、种群数量的波动 27 4.种群数量的下降： 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。 四、种群数量的波动 （1）有利于野生生物资源的合理利用及保护。 研究意义 （2）对有害动物的防治。 （3）有利于对濒危动物种群的拯救和恢复。 （4）为人工养殖及种植业中合理控制种群数量、适时捕捞、采伐等提供理论指导。 四、种群数量的波动 29 种群增长模型 建构种群增长模型的方法 种群的“S”形增长 种群的“J”形增长 条件：食物和空间充裕、气候适宜、无天敌和其他竞争物种 特点：种群数量每年以一定倍数增长 条件：食物和空间有限 特点：种群增长速率先增大后减小，最后为0 K 值：一定环境条件下所能维持的种群最大数量 曲线： 曲线： 自然种群的数量变动 探究培养液中酵母菌种群数量变化（验证种群数量增长模型） 持续性的或急剧的下降，甚至衰退和消亡 规则或不规则波动。（K值是种群数量波动的平均值，波动中的生物，在某些特定条件下可能出现种群爆发） 种群数量的变化 探究：培养液中酵母菌种群数量的变化 1.实验原理 (1)酵母菌生长周期短，增殖速度快且世代间不重叠，在含糖的液体培养基(培养液) 中酵母菌繁殖很快，迅速形成一个封闭容器内的酵母菌种群，通过细胞计数可以测定封闭容器内的酵母菌种群随时间而发生的数量变化。 (2)养分、氧气、温度和代谢废物等是影响种群数量持续增长的限制因素。 酵母菌 ①酵母真菌—真核生物 ②兼性厌氧菌—属于异养生物 ③进行出芽生殖和有性生殖 ④有氧呼吸产生二氧化碳 无氧呼吸产生二氧化碳和酒精 C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量 酶 C6H12O6 酶 2C2H5OH+ 2CO2 +（少量）能量 31 1.实验原理 如何对酵母菌进行计数？ (3)血细胞计数板：血细胞计数板在显微镜下直接计数是一种常用的细胞计数法（抽样检测法），一般用于单细胞微生物数量的测定，由于血细胞计数板上的计数室盖上盖玻片后的容积是一定的，所以可根据在显微镜下观察到的细胞数目来计算单位体积的细胞的总数目。 探究：培养液中酵母菌种群数量的变化 1.实验原理 32 计数板正面 计数板侧面 计数室 计数室 探究：培养液中酵母菌种群数量的变化 1.实验原理 血细胞计数板 33 探究：培养液中酵母菌种群数量的变化 1.实验原理 血细胞计数板 34 大方格 中方格 小方格 探究：培养液中酵母菌种群数量的变化 1.实验原理 血细胞计数板 35 血细胞计数板 16*25型计数板 16*25型计数板 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 计四角和正中间的5个中方格，共80个小方格中的酵母菌数量，记为a 计数方法 酵母菌细胞个数/ml=(a/4)*16*104*稀释倍数 酵母菌细胞个数/ml=(a/5)*25*104*稀释倍数 计数公式 探究：培养液中酵母菌种群数量的变化 1.实验原理 36 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，在在显微镜下观察和计数，测定1 mL 培养液中的酵母菌个数。 酵母菌培养 液体培养基，无菌条件 连续测定7天 取样 取样时，要振荡培养基，目的是使酵母菌均匀分布于培养基中 观察并计数 将所得数值用曲线表示出来，得出酵母菌种群个体数量变化规律 汇图分析 探究：培养液中酵母菌种群数量的变化 2.实验步骤 37 3.实验结果 探究：培养液中酵母菌种群数量的变化 每天抽取酵母菌用显微镜计数，估算10ml酵母菌的初始种群数 N0，然后连续观察7天，记录每天的数值 第1天 第4天 第6天 第7天 38 每天同一时间计数，每天统计其中一支试管 先将盖玻片盖在计数室上，再从边缘滴加培养液，滤纸吸去多余的培养液 吸取培养液前要轻轻振荡培养瓶几次，目的是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。 培养后期，要将吸取的培养液进行稀释后，再计数 计上不计下，计左不计右 本实验有前后对照，可以不单设对照组。 本实验需要设置重复以减少实验误差。计数的包括活菌和死菌。可以用亚甲基蓝对菌体进行染色，被染成蓝色的是死菌，没有染色的是活菌。 探究：培养液中酵母菌种群数量的变化 3.实验结果 探究：培养液中酵母菌种群数量的变化 40 练习与应用 一、概念检测 1. 在自然界，种群数量的增长既是有规律的， 又是复杂多样的。判断下列相关表述是否正确。 （1）将一种生物引入一个新环境中，在一定时期内，这个生物种群就会出现“J”形增长。（ ） （2）种群的“S”形增长只适用于草履虫等单细胞生物。 （ ） （3）由于环境容纳量是有限的，种群增长到—定数量就会保持稳定。（ ） × × × 2. 对一个生物种群来说，环境容纳量取决于环境条件。据此判断下列表述正确的是 （ ） A. 对甲乙两地的蝮蛇种群来说，环境容纳量是相同的 B. 对生活在冻原的旅鼠来说，不同年份的环境容纳量是不同的 C. 当种群数量接近环境容纳量时，死亡率会升高，出生率不变 D. 对生活在同一个湖泊中的鲢鱼和鲤鱼来说，环境容纳量是相同的 B 一、概念检测 练习与应用 42 1. 种群的“J”形增长和“S”形增长，分别会在什么条件下出现？你能举出教材以外的例子加以说明吗？ 在食物充足、空间广阔、气候适宜、没有天敌等优越条件下，种群可能会呈“J”形增长。例如，澳大利亚昆虫学家曾对果园中蓟马种群进行过长达14年的研究，发现在环境条件较好的年份，它们的种群数量增长迅速，表现出季节性的“J”形增长。 在有限的环境中，如果种群的初始密度很低，种群数量可能会出现迅速增长，随着种群密度的增加，种内竞争就会加剧，因此，种群数量增加到一定程度就会停止增长，这就是“S”形增长。例如，栅列藻、小球藻等低等植物的种群增长，常常具有“S”形增长的特点。 二、拓展应用 练习与应用 43 2. 假设你承包了一个鱼塘，正在因投放多少鱼苗而困惑：投放后密度过大，鱼竞争加剧，死亡率会升高；投放后密度过小，水体的资源和空间不能充分利用。怎样解决这个难题呢？请査阅有关的书籍或网站。 同样大小的池塘，对不同种类的鱼来说，环境容纳量是不同的。可以根据欲养殖的鱼的种类，查阅相关资料或请教有经验的人，了解单位面积水面应放养的鱼的数量。 在养鱼过程中应该按照群落的垂直结构的特点放养生活在不同水层的鱼，达到充分利用水中资源的目的，在每个水层中控制鱼类的种群密度在K/2左右，因为在此时种群的增长速率最大。 二、拓展应用 练习与应用 44 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder r0.2.61(gap_fixed:False) $$