1.2 种群的数量变化-【生物好课】2024-2025学年高二生物同步教学课件（人教版2019选择性必修2）

第1章 种群及其动态 第2节 种群数量的变化 用绣花功夫办美的教育 Doing beauty education with embroidery Kung Fu 用绣花功夫办美的教育 Doing beauty education with embroidery Kung Fu 本节聚焦 1.尝试建构种群数量增长的数学模型？ 2.种群的数量是怎样变化的？ 1.孟德尔是怎样设计一对相对性状的杂交实验的？ 2.孟德尔为解释实验结果做出了哪些假设？他又设计了什么实验来验证假设？ 3.分离定律的内容是什么？怎样用分离定律解释一些遗传现象？ 4.如何运用假说-演绎法进行科学探究？ 问题探讨 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，某种细菌每20min就通过分裂繁殖一代。 讨论1：第n代细菌数量的计算公式是什么？ Nn=2n(数学模型） 讨论2：72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？　 Nn＝1×２n ＝2216 n＝ 60min ×72h／20min＝216 讨论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？ 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 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai 2.数学模型的表现形式 数学公式 曲线图 1.数学模型：是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。 Nn＝ N0×2n 精确，但不够直观 能直观地反映变化趋势，但不够精确 一、建构种群增长模型的方法（建立数学模型） 细菌每20min分裂一次，怎样计算繁殖n代的数量？ 研究实例 研究方法 在资源和生存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。 Nn=2n N代表细菌数量，n表示第几代 观察、统计细菌数量，对自己年建立的模型进行检验或修正 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，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 3. 建立数学模型的步骤 分析自然界种群增长实例 1859年，一位来澳大利亚定居的英国人在他的农场中放生了24只野兔，一个世纪后，这24只野兔的后代竟超过6亿只。漫山遍野的野兔不仅与牛羊争食牧草，还啃噬树皮，造成植被破坏，导致水土流失。直到人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到控制。 资料1 20世纪30年代时，人们将环颈雉引入到美国的一个岛屿上，在最初的5年内，1937—1942年期间该种群数量的增长如图所示 资料2 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai 分析自然界种群增长的实例 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。 食物充足，缺少天敌等 不能，因食物和空间有限,存在种内竞争等 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai 二、种群的“J” 形增长 1.概念： 在理想条件下种群数量的增长，如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出曲线，曲线大致呈“J”形，这种类型的种群增长称为“J”形增长。 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai 二、种群的“J” 形增长 2.模型假设: 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 （即理想状态或无环境阻力） 3.增长特点: 种群数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的λ倍。 λ是定值 Nt=N0λt 4.计算公式(建立数学模型): 各参数的意义： N0为起始数量，t为时间， Nt表示t年后该种群的数量， λ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。 第t+1年 实验室条件下、迁移入新的适宜环境 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai 据图分析,种群数量变化数学公式: Nt=N0×λt（疑难破115页） 二、种群的“J” 形增长 项目 种群数量变化 年龄结构 λ>1     λ＝1     0<λ<1     增加 增长型 相对稳定 稳定型 减少 衰退型 强调： 种群数量变化符合数学公式Nt=N0×λt ，种群增长曲线不一定是“J”形。（只有入>1且为定值时，种群增长才为“J”形增长） 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（6、7、8、9） 12 据图说出种群数量如何变化 现学现用 5. 种群增长率与种群增长速率（疑难破116页） ＝现有个体数－原有个体数／时间 ①增长率 =(现有个体数－原有个体数)／原有个体数×100％ =出生率－死亡率 ②增长速率 =单位时间内增加的个体数量，实质就是曲线的斜率 增长率: (1100-1000)/1000×100%=10% 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?增长速率为？ 增长速率: (1100-1000)/1年=100个/年 二、种群的“J” 形增长 5. 种群增长率与种群增长速率（疑难破117页） 二、种群的“J” 形增长 在“J”型曲线中，增长率保持不变（λ－1），增长速率逐渐增大。 0 时间 种群增长速率 三、种群的“S”形增长 【实例】生态学家高斯的实验 在0.5mL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。大草履虫的数量在第二天和第三天增长较快；第五天以后基本维持在375个左右。　 1.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。 思考：自主学习课本P9-10页相关内容，请小组合作完成以下问题。 1.什么是“S”形增长曲线？ 2.“S”形增长曲线形成原因是什么？ 3.“S”形增长曲线的适用对象是什么？ 4.“S”形增长曲线的增长特点。 5.尝试分析“S”形增长曲线各段的含义。 6.什么是环境容纳量（K值）？如何运用？ 三、种群的“S”形增长 三、种群的“S”形增长 2.产生条件: 资源和空间有限，种内竞争加剧等。 （即存在环境阻力） 3.增长特点: 经过一定时间的增长后，数量趋于稳定。 环境容纳量(K值） 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。 1.“S”形增长的含义： 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai “S” 形曲线分析 B C D E A 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。 种群数量达到最大,且种内斗争最剧。 种群数量为K/2，种群增长速率达到最大。 AB段： BC段： C点： CE段： E点： （疑难破115页） 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai 思考1：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。 4.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。 三、种群的“S”形增长 增大环境阻力→降低K值→防治老鼠 如断绝或减少它们的食物来源； 养殖或释放它们的天敌， 硬化地面以减少它们挖凿巢穴的场所等等。 ①降低环境容纳量 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai 思考2：K值是不是种群数量的最大值？ K值≠种群所能达到的最大数量； K值是种群在一定环境条件下所能维持的种群最大数量； 种群数量可能小于或大于K值，若超过K值，可通过调节使种群数量下降，围绕K值上下波动。 三、种群的“S”形增长 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai 三、种群增长的“S”形曲线 （1）野生生物的保护 5.K值和K/2值的运用 建立自然保护区，改善栖息环境，减小环境阻力，从而提高环境容纳量（K值），是保护它们的根本措施。 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。 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai 三、种群增长的“S”形曲线 （2）有害生物的防治 增大环境阻力→降低K值→防治老鼠 如断绝或减少它们的食物来源； 养殖或释放它们的天敌， 硬化地面以减少它们挖凿巢穴的场所等等。 ①降低环境容纳量 ②在 捕杀 K/2前 防止老鼠种群数量达到K/2处 5.K值和K/2值的运用 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai 三、种群增长的“S”形曲线 （3）资源的合理利用 5.K值和K/2值的运用 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保持在K/2水平，因为在这个水平上种群增长速率最大， 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai 6.种群增长率与种群增长速率（疑难破117页） 三、种群的“S”形增长 K/2 t0 t1 t2 时间 种群数量 K a b c e 增长速率变化: 0～K/2时逐渐增大 K/2～K时逐渐减小 在K/2时达到最大 在K时增长速率为0 t0 t1 t2 时间 增长速率 f g h （1）增长速率 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai 6.种群增长率与种群增长速率（疑难破117页） 三、种群的“S”形增长 K/2 t0 t1 t2 时间 种群数量 K a b c d e （2）增长率 增长率变化: 增长率逐渐减小 =(现有个体数－原有个体数)／原有个体数×100％ =出生率－死亡率 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai 7.“J”形曲线与“S”形曲线的比较（疑难破117页） 三、种群的“S”形增长 ①“J”型曲线与其增长速率、增长率的关系 在“J”型曲线中，种群增长速率逐渐增大，增长率基本不变。 ②“S”型曲线与其增长速率、增长率的关系 在“S”型曲线中，种群增长速率先增大后减小，增长率逐渐减小。 λ-1 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai 三、种群的“S”形增长 7.“J”形曲线与“S”形曲线的比较 思考1.图中阴影部分表示什么？ 环境阻力 思考2.环境阻力如何用自然选择学说 内容解释？ 生存斗争中被淘汰的个体数 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai 四、种群数量的波动 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。 1.种群数量的相对稳定 2.种群数量的波动 但大多数生物的种群来说，种群数量总是在波动中。处在波动状态 的种群，在特定条件下可能出现种群爆发。如蝗灾、鼠灾、赤潮等。 3.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。 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai 种群数量的变化 种群数量增长 种群的“S”形增长 种群的“J”形增长 自然种群的数量变动 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 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 课堂小结 相对稳定 28 五、培养液中酵母菌种群数量的变化 培养时间 酵母菌数量 培养液的体积、温度等 培养液中酵母菌的数量是怎样随时间变化的? 问题 变量设置： ①自变量：________ ②因变量：__________ ③无关变量：_____________________ 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai 思路 五、培养液中酵母菌种群数量的变化 抽样检测法 注意：取样时，要振荡培养基，目的是使酵母菌均匀分布。 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai 五、培养液中酵母菌种群数量的变化 思路 ①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，让培养液自行渗入到计数室内； ③待酵母菌细胞全部沉降到计数室底部，将计数板放在在载物台中央; ④计数酵母菌数量，再以此为依据估计试管中酵母菌总数。 注意： 31 ①工具：血细胞计数板 ②方法：抽样检测法 计数室 思考：怎样对酵母菌进行计数？ 计数室体积：0.1mm3 = 10-4mL 五、培养液中酵母菌种群数量的变化 （疑难破117---118页） 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai 每个计数室共有400小格，总容积为0.1mm3 = 10-4mL。 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai 规格二（25×16）： 1mL培养液中细胞个数＝中方格中酵母菌数量的平均值×25×104 ×稀释倍数 规格一（16×25）： 1mL培养液中细胞个数＝中方格中酵母菌数量的平均值×16×104 ×稀释倍数 16×25型计数板 25×16型计数板 计数室总容积为0.1mm3 = 10-4mL。 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai 　实战训练　 1.若使用的血细胞计数板(规格为1mm×1mm×0.1mm)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。 解析 ：（20÷5)×25×10000×100＝1×108 五、培养液中酵母菌种群数量的变化 思路 注意：每天计数酵母菌的时间要固定，计数间隔要固定，且应做到随机取样。 第1天 第4天 第6天 第7天 思考1：你能绘制本实验所得结果的曲线图吗？ 思考和注意事项 先增加再降低。 开始时培养液的营养充足，空间充裕，条件适宜，因此酵母菌大量繁殖，种群数量剧增； 随着酵母菌数量的不断增多，营养物质消耗，有害代谢产物积累，pH变化等，使生存条件恶化，种群数量下降。 (1)增长曲线的总趋势： (2)原因： 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai 思考2：先将盖玻片放在计数室上，再用移液器或吸管将培养液滴在 盖玻片边缘，让培养液自行渗入的目的是？ 避免因菌液过多顶起盖玻片而使计数室体积改变，另外，也可防止气泡产生。 思考3：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？ 酵母菌会沉降在瓶底，轻轻振荡几次使培养液中酵母菌分布均匀，减少误差。 思考和注意事项 思考4：如果一个小方格内酵母菌数量过多，难以数清，应当采取什么 措施？ 稀释适当倍数 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai 思考5：对于压在小方格界线上的酵母菌应当怎样计数? 只计相邻两边及其夹角上的酵母菌，一般遵循“计上不计下，计左不计右”的原则。 思考6：本实验需要设置对照吗? 不需要对照, 在时间上形成前后自身对照。 思考7：需要做重复实验吗? 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。 思考和注意事项 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai 名门风范 百姓情怀 MingMenFengFan BaiXingQingHuai 种群数量的变化 种群数量增长 种群的“S”形增长 种群的“J”形增长 自然种群的数量变动 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 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 课堂小结 相对稳定 41 $$