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

选必2 第一章 种群及其动态 种群数量的变化 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。假设在营养和生存空间没有限制的情况下，某种细菌20min就通过分裂繁殖一代。 讨论： 1. n代细菌数量Nn的计算公式是什么？ Nn=2n 2. 72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？ 2216 3. 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？如何验证你的观点？ 不会，因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。 可以用实验计数来验证。 一 构建种群增长模型的方法 1 模型 物理模型：以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征。 概念模型：用线条和文字直观而形象地表示出某些概念之间的关系。 数学模型：以数学关系或坐标曲线图表示生物学规律。 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。 物理模型 数学模型 概念模型 一 构建种群增长模型的方法 2 建立数学模型的步骤 请算出一个细菌产生的后代在不同时间数量，并填入下表，画出细菌种群数量的增长曲线。 时间/min 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 繁殖代数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 细菌数量/个 20 2 4 8 16 32 64 128 256 512 数学模型：用来描述一个系统或它的性质的数学形式。 0 20 40 60 80 100 120 140 160 时间（min） 细菌的数量 Nn=2n 这里总共呈现了哪些数学模型？ 表格、公式、曲线图 数学公式： 曲线图： 精确，但不够直观。 直观，但不够精确。 一 构建种群增长模型的方法 2 建立数学模型的步骤 观察现象，提出问题 做出合理的假设（模型假设） 根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达（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 研究实例 细菌每20min分裂一次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量 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 研究方法 一 构建种群增长模型的方法 2 建立数学模型的步骤 假设细菌初始数量为N0，写出第n代细菌数量Nn的计算公式？ Nn= N0×2n 什么条件下细菌数量能满足上述公式？ 食物和空间条件充裕、气候适宜、没有天敌和其他竞争者等。 一 构建种群增长模型的方法 分析自然界种群增长的实例 资料1：1859年，澳大利亚 24只 野兔 6亿只野兔 1个 世纪 资料2：1937—1942年，某岛屿上环颈雉种群数量增长如图 讨论： 1.这两个资料中的种群增长有什么共同点？出现这种增长的原因是什么 ？ 种群呈“J”形曲线增长。原因是食物和空间条件充裕、气候适宜、没有天敌等。 2.这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？ 不能。因为资源和空间是有限的。 二 种群的“J”形增长 1 模型构建 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。这种类型的种群增长称为“J”形增长。 模型假设： ①食物和空间条件充裕； ②气候适宜； ③没有天敌； ④没有其他竞争物种等。 种群数量每年以一定的倍数(λ)增长。种群起始数量为N0, 求第t年的种群数量（Nt）的表达式？ 二 种群的“J”形增长 1 模型构建 建立模型(数学公式)： Nt=N0 · λt N0 ：为起始数量； 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倍数。 种群数量 N0 时间 0 二 种群的“J”形增长 1 模型构建 对公式中“λ”的理解： Nt＝N0λt 表达式中，λ表示种群数量是前一单位时间种群数量的倍数，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：种群数量变化符合公式Nt＝N0λt 的一定是“J”形增长曲线吗？ 不一定；只有λ＞1且为定值时，种群增长才为“J”形增长。 据图说出种群数量如何变化： λ = 当年种群数量 前一年种群数量 ① 1～4年，种群数量_______________ ② 4～5年，种群数量_______________ ③ 5～9年，种群数量_______________ ④ 9～10年，种群数量______________ ⑤ 10～11年，种群数量_____________ ⑥ 11～13年，种群数量_____________ 。 ⑦ 9～13年，种群数量第______年最低 呈“J”形增长 增长 相对稳定 下降 下降 11～12下降， 12 12～13增长 二 种群的“J”形增长 2 “J”形增长曲线的增长率 增长率： 单位时间内净增加的个体数占原来个体数的比例 ＝ ×100％ 增长率 ＝ 期末值－期初值 Nt－Nt-1 Nt-1 期初值 =（λ-1）×100％ （λ>1的定值） （增长率>0，且不变） “J”形增长的种群增长率不受种群密度制约，增长率保持不变 。 二 种群的“J”形增长 3 “J”形增长曲线的增长速率 增长速率： 单位时间内增加的个体数。 ＝ 增长速率 ＝ 期初值－期末值 Nt－Nt-1 Δt 单位时间 （λ>1的定值） ＝ ΔNt Δt 实质就是“J”形曲线的斜率。 二 种群的“J”形增长 4 具体实例 外来入侵物种初期 水葫芦 福寿螺 实验室条件生物培养的一段时间 理想条件下，一年之内苍蝇能繁殖20-30个世代，保守的估计每只雌蝇一生能产200个后代，据估计两只雌雄苍蝇繁殖一年之后，后代可以把整个地球的表面都覆盖住，高度达到14厘米！！ 自然界中生物数量变化没有呈现 J 形增长的原因？ 资源、空间等方面的限制。 三 种群的“S”形增长 1 模型构建 【实例】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，结果如下图所示。　 大草履虫种群增长的曲线与“J”形曲线有什么不同？ 为什么大草履虫种群没有出现“J”形增长？ 大草履虫种群增长的曲线呈“S”形。 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。 三 种群的“S”形增长 1 模型构建 【实例】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，结果如下图所示。　 观察曲线，我们可以发现曲线的斜率有什么变化？ 在实验第5天后，大草履虫的数量基本维持在375个左右，这个数值意味着什么？ 斜率：先增大后减小。 该环境条件下所能维持的种群最大数量，即环境容纳量，又称K值。 三 种群的“S”形增长 1 模型构建 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。这种类型的种群增长称为“S”形增长。 适用条件： 一般自然条件下（现实状态）种群的增长——资源和空间有限，天敌的制约等（即存在环境阻力）。 三 种群的“S”形增长 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。 注意： 环境容纳量会受到环境因素的影响，但该种群自身的数量特征不会影响环境容纳量。 生物的遗传特性和食物、栖息场所、天敌及其他生存条件均会影响环境容纳量。 K 种群数量 时间 0 B C D E A K/2 （1)该种群的K 值为_________。 根据右图回答下列问题： （2)同一种群的K 值不是固定不变的，会受到环境因素的影响: 环境改善,K 值_________；环境恶化，K 值_________。 （3)K 值 （填“是”或“不是”）种群数量的最大值。 K2 增大 减小 不是 三 种群的“S”形增长 K 种群数量 时间 0 B C D E t1 t2 A K/2 AB段： 种群基数小，需要适应新环境，增长较缓慢； BC段： 资源和空间相对丰富，出生率升高，种群数量增长迅速； C点： 种群数量为K/2，种群增长速率达到最大； CD段： 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； DE段： 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。 “S”形增长曲线图分析： 注意：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。 三 种群的“S”形增长 3 “S”形增长曲线的增长率 K 种群数量 时间 0 B C D E A K/2 增长率受种群密度制约，种群增长率不断减小。 随着种群数量的增加，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。 ＝ ×100％ 增长率 ＝ 期末值－期初值 Nt－Nt-1 Nt-1 期初值 增长率 ＝ 出生率－死亡率 时间 增长率 0 三 种群的“S”形增长 3 “S”形增长曲线的增长速率 增长速率先增大后减小，最后为0。当种群数量为k/2时，增长速率达到最大。 K 种群数量 时间 0 B C D E A K/2 t1 t2 增长速率 时间 t1 t2 0 三 种群的“S”形增长 4 K 值和K/2 值的运用 实践应用1：野生生物的保护 野生大熊猫种群数量锐减的关键原因是什么？ 最根本原因是：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。 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。 三 种群的“S”形增长 4 K 值和K/2 值的运用 实践应用2：有害动物的防治 根据种群的“S”形增长曲线，你能想到通过哪些方式来防治鼠？如要灭鼠在什么时期进行最好？ K 种群数量 时间 0 B C D E A K/2 增大环境阻力→降低K值→防治老鼠。 如断绝或减少食物来源、养殖天敌、搞好环境卫生等等。 防止老鼠种群数量达到K/2处 三 种群的“S”形增长 4 K 值和K/2 值的运用 实践应用3：指导渔业捕捞 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 A K/2 种群数量达环境容纳量的一半（K/2）时种群增长速率最大。所以捕捞后要让种群数量处于在K/2处。 千岛湖捕鱼盛况 水产养殖产业 三 种群的“S”形增长 4 K 值和K/2 值的运用 实践应用4：确定合理载畜量 草原上放养牲畜时，需要确定合理载畜量，不能过度放牧， 合理载畜量的确定需要依据： K 种群数量 时间 0 B C D E A K/2 种群的环境容纳量K值。 小结： 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 “J”形增长和“S”形增长对比 “J”形增长 “S”形增长 产生条件 增长特点 曲线 联系 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。 每种群数量以一定倍数增长，种群增长速率越来越快。没有K值。 种群增长速率先逐渐增大，K/2时增长速率最大，此后增长减缓，到K值时停止增长。 “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。 “J”形增长和“S”形增长 （1）图中阴影部分表示什么？ （2）环境阻力如何用自然选择学说 内容解释？ （3）“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？ 环境阻力。 生存斗争中被淘汰的个体数。 不等同，已经存在环境阻力。 四 种群数量的波动 在自然界中，有的种群能够在一段时间内维持数量稳定，如某地野牛、狮的数量。 四 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。如某地区东亚飞蝗的数量。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。 某地区东亚飞蝗种群数量的波动 原因： 非生物因素：气候条件、水资源等。 生物因素：天敌、食物、病原体等其他生物的影响，人类的捕杀等。 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。 “先涝后旱，蚂蚱成片”，“大水之后，必闹蝗灾” 鼠灾 四 种群数量的波动 当种群长久处于不利条件下，如遭遇人类乱捕滥杀和栖息地破坏,种群数量会出现持续性的或急剧的下降。 捕鲸现场 北极熊栖息地遭到破坏 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。如鲸遭遇人类过度捕捞种群数量急剧下降，有的甚至濒临灭绝。 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 图1为植食性昆虫迁入该生态系统后的种群数量增长速率变化曲线，图2为λ(λ是当年种群数量与前一年种群数量的比值)随时间的变化曲线。下列有关叙述，正确的是(　 　) A.图1中t1～t2与图2中a～b时期种群都是衰退型 B.图2中a、c时期种群的出生率与死亡率相当 C.图1和图2中K值出现的时间分别是t2和d D.图1和图2可分别表示种群的“S”形和“J”形增长过程 B 如图表示某种群在理想环境中(图1)和有环境阻力条件下(图2)的数量增长曲线，下列相关叙述错误的是(　　 ) A．图1中a点和b点时的增长率相等 B．图2中d点时的增长速率最快 C．防治蝗灾最好在图2中e点对应的时刻进行 D．水葫芦入侵云南滇池的开始阶段，种群数量的增长情况可用图1表示 C 探究培养液中酵母菌种群数量的变化 1. 实验原理: 在理想条件下，酵母菌种群的增长呈_____________；在各种资源有限或者存在环境阻力的情况下， 随着时间推移，由于营养物质的______、有害代谢产物的______、pH的______，酵母菌数量呈_________增长。 “J”形曲线 消耗 积累 改变 ”S“形 2. 材料用具: 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，显微镜等 血细胞计数板 计数室平台 血细胞计数板： 血细胞计数板： 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，供计数用。 ②中方格 ③小方格 ①大方格 1个计数室的面积为1mm2 ，1个计数室内有400个小方格。每个小方格的面积1/400mm2。 1/400mm2： 0.10mm： 计数室的深度为0.1mm 血细胞计数板： 25×16型 16×25型 16×25型 计数公式： A1 A2 A3 A4 A1、A2、A3和A4分别为四个中方格中的酵母菌数。 1mL样品中酵母菌数 A1+A2+A3+A4 100 ×400÷0.1mm3 ×稀释倍数 = A1+A2+A3+A4 100 ×400 × 104 ×稀释倍数 = 25×16型 A1 A2 A3 A4 A5 计数公式： 1mL样品中酵母菌数 A1、A2、A3 、A4和A5分别为五个中方格中的酵母菌数。 A1+A2+A3+A4+A5 80 ×400÷0.1mm3 ×稀释倍数 = ×400 × 104 ×稀释倍数 A1+A2+A3+A4+A5 80 = 利用血细胞计数板对酵母菌进行计数： 3. 实验步骤: 配制酵母菌培养液 接种酵母菌到培养液中 如何计数？ 培养 计数 统计分析 得出结论 自变量：____________________ 因变量：____________________ 无关变量：____________________________ 培养时间 酵母菌数量 培养液的体积、培养条件等 3. 实验步骤: 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 3. 实验步骤: ①先将盖玻片放在血细胞计数板的计数室上。 ②用吸管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入。 ③多余的培养液用滤纸吸去。 ④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。 ⑤计数一个中方格内的酵母菌数量。 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，分布记录下这7天的数值。 第1天 第4天 第6天 第7天 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)。 4. 实验结果及实验结论 实验结果： 1 （106个） 2 （106个） 3 （106个） 4 （106个） 5 （106个） 6 （106个） 7 （106个） 8 （106个） 初始 1.5 3.5 8.5 2.5 1.5 2.5 2 1 第一天 4.5 8.5 19.5 5 2.5 5.5 4 3 第二天 11.5 22 25 18.5 21 16 13.5 18 第三天 23 36.5 84.5 65.5 28 28.5 34.5 70.5 第四天 48.5 127.5 173 117 184 36 58 114.5 第五天 109 123.5 228.5 95.5 213 72 194.5 239.5 第六天 177 124 237 206.5 198 215.5 205.9 170.5 第七天 136 193 386 222.5 185 133 156.5 125 平均值 （106个） 2.88 6.56 18.19 46.38 107.3 160 191.2 192.5 实验结果： 4. 实验结果及实验结论 时间（天） 0 1 2 3 4 5 6 7 酵母数 （106个） 2.88 6.56 18.19 46.38 107.3 160 191.2 192.5 0 40 80 120 160 1 2 3 4 5 6 7 天 酵母菌数（106个） 8 200 240 实验结论： 在适宜条件下 ，酵母菌种群呈“S” 形增长。 思考： 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？ 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。 2.为什么不能先加培养液再盖盖玻片？ 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； 3.为什么要待酵母菌全部沉降到计数室底部再计数？ 酵母菌全部沉降到计数室底部，减少实验误差。 4.如果一个小方格内酵母菌过多，难以数清，应采取什么措施？ 思考： 用无菌水稀释至每小格细胞数目为5-10个。 1mL培养液 9 mL水 9 mL水 1mL培养液 稀释10倍 稀释100倍 思考： 5.对于压在方格界线上的酵母菌，应当怎样计数？ 只计数相邻两边及其夹角的酵母菌数。（计上不计下，计左不计右） 6.怎么分辨死细胞和活的细胞？ 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） 思考： 7.本探究需要设置对照吗？如果需要请讨论对照组应怎样设计和操作；如果不需要，请说明理由。 酵母菌在不同时间内的数量可以形成自身前后对照，不需另设对照实验。 8.需要做重复实验吗？ 需要重复实验,以提高实验数据的准确性；对每个样品可计数三次，再取平均值。 9.影响酵母菌种群数量增长的因素有哪些？ 受培养液的成分、空间、pH、温度、代谢产物等因素的影响。 10.如果7天后继续对酵母菌进行培养，酵母菌的种群数量会如何变化？ 思考： 0 酵母菌种群数量 时间 营养物质的消耗和代谢废物的积累。 将样液稀释100倍，采用血球计数板（规格为1mm×1mm×0.1mm）计数，观察到的计数室细胞分布见图，则培养液中酵母菌细胞的密度是___________个/mL。 1×108 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 D 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，种群增长到一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.对生活的在冻原的旅鼠来说，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 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 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。 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。 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.79 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder r0.2.61(gap_fixed:False) $$