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

第1章 种群及其动态 第2节 种群的数量变化 Introduction of a new lesson 新课引入 参考标准 对于新鲜蔬果，我国规定的大肠杆菌群数不得超过1000CFU/g，否则会引发健康问题 随着储存时间的延长，水果中大肠杆菌的数量会越来越多 时间/min 细菌数量/个 0 20 20 21 40 22 60 23 80 24 100 32 25 120 64 26 1.72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？ 思考 提示 2.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？ 找公式，绘曲线 Problem discussion 问题探讨 时间/min 细菌数量/个 0 20 20 21 40 22 60 23 80 24 100 32 25 120 64 26 时间 （min） 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Nt 2 4 8 16 32 64 128 256 512 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 100 200 300 400 500 600 Problem discussion 问题探讨 时间/min 细菌数量/个 0 20 20 21 40 22 60 23 80 24 100 32 25 120 64 26 1.72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？ 思考 提示 2.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？ 找公式，绘曲线 Problem discussion 问题探讨 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 100 200 300 400 500 600 2012.6.4 大肠杆菌生长曲线的测定 Problem discussion 问题探讨 Methods for constructing population growth models 建构种群增长模型的方法 建立数学模型 观察研究对象，提出问题 研究方法 研究实例 细菌每 20 min 分裂一次，怎样计算细菌繁殖 n 代后的数量？ Methods for constructing population growth models 建构种群增长模型的方法 建立数学模型 观察研究对象，提出问题 研究方法 研究实例 细菌每 20 min 分裂一次，怎样计算细菌繁殖 n 代后的数量？ 提出合理的假设 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 Methods for constructing population growth models 建构种群增长模型的方法 建立数学模型 观察研究对象，提出问题 研究方法 研究实例 细菌每 20 min 分裂一次，怎样计算细菌繁殖 n 代后的数量？ 提出合理的假设 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 建立数学模型 Nn=2n N代表细菌数量，n表示第几代 数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。可为公式、坐标图等。 Methods for constructing population growth models 建构种群增长模型的方法 数学模型 内容 优缺点 公式 Nn=2n 精确，但不够直观 曲线图 直观，但不够精确 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 100 200 300 400 500 600 Methods for constructing population growth models 建构种群增长模型的方法 建立数学模型 观察研究对象，提出问题 研究方法 研究实例 细菌每 20 min 分裂一次，怎样计算细菌繁殖 n 代后的数量？ 提出合理的假设 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 建立数学模型 Nn=2n N代表细菌数量，n表示第几代 对模型进行检验或修正 通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正 Methods for constructing population growth models 建构种群增长模型的方法 建立数学模型 资料1：1859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。 Methods for constructing population growth models 建构种群增长模型的方法 建立数学模型 资料1：1859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2：20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右图所示 Methods for constructing population growth models 建构种群增长模型的方法 建立数学模型 资料1：1859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2：20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，1937-1942年期间该种群数量的增长如右图所示 思考并回答 问题 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？ 答案 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，因为资源和空间是有限的 "J"-shaped growth of a population 种群的“J”型增长 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。 1.概念 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 100 200 300 400 500 600 等比数列 通项公式an=a1 qn-1 首项=a1 公比=q 2.公式 3.理想条件 食物和空间条件充裕 气候适宜 没有天敌(捕食和寄生天敌) 没有其他竞争物种等 "J"-shaped growth of a population 种群的“J”型增长 “J形增长”数学模型 数学函数图像 增长率变化曲线 增长速率变化曲线 数量 时间 种群增长率 时间 O O O 增长速度 时间 λ-1 "J"-shaped growth of a population 种群的“J”型增长 对λ的理解 项目 种群数量变化 年龄结构 λ>1 增加 增长型 λ＝1 相对稳定 稳定型 λ<1 减少 衰退型 λ >1 λ <1 λ =1 种群数量 时间 0 从数学模型分析 种群刚刚迁入一个新环境时 λ必须大于1而且恒定不变 从生存环境分析 实验室中营养充分的条件 "J"-shaped growth of a population 种群的“J”型增长 "J"-shaped growth of a population 种群的“J”型增长 “J形增长”数学模型 数学函数图像 增长率变化曲线 增长速率变化曲线 数量 时间 种群增长率 时间 O O O 增长速度 时间 λ-1 "J"-shaped growth of a population 种群的“J”型增长 典型例题 【例题1】（《三维设计》P10.学以致用1）科学家对某荒原上的子午沙鼠种群数量进行连续多年的调查,获得如图所示信息。下列叙述正确的是（ ） A.第5年的子午沙鼠种群属于稳定型 B.第10年和第20年的子午沙鼠种群数量相同 C.第 1-5年,子午沙鼠种群增长模型呈“S”形 D.第15-20年,子午沙鼠种群数量一直减少 "J"-shaped growth of a population 种群的“J”型增长 典型例题 【例题2】（《三维设计》P10.学以致用2）在一段时间内,某自然生态系统中甲种群的数量变化、乙种群的数量增长速率变化如图所示.下列相关叙述正确的是（ ） A.乙种群在t2时刻数量达到最大值 B.在t3时刻,乙种群的增长速率等于甲种群 C.t3时甲种群和乙种群的年龄结构类型不同 D.乙种群具有相同的增长速率时可能对应不 同的种群数量 "J"-shaped growth of a population 种群的“J”型增长 典型例题 【题后反思】 乙种群到底是怎样一种增长方式？你能根据增长速率画出增长曲线吗？ 数量 时间 "S"-shaped growth of a population 种群的“S”型增长 时间（天） 0 1 2 3 4 5 6 种群数量（个） 5 20 137 319 369 375 365 【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0.5mL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。 大草履虫的数量在第几天增长较快？ 0 1 2 3 4 5 6 400 100 200 300 "S"-shaped growth of a population 种群的“S”型增长 时间/d 0 1 2 3 4 5 6 100 200 300 400 种群数量/个 K=375 环境容纳量是指：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。 S型增长曲线的典型特征 具有环境容纳量 "S"-shaped growth of a population 种群的“S”型增长 【资料】为探究种群呈S型增长的原因，科学家做了如下实验（如图）： 思考 A B C D E （1）A、B、C组的实验结果与E组实验结果对比说明了什么？ （2）D组的实验结果与E组实验结果对比说明了什么？ 食物资源限制了增长 环境条件（代谢产物）限制了增长 "S"-shaped growth of a population 种群的“S”型增长 【模型假设】在食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等条件下,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。 “J”形增长的数学模型 【模型假设】1.资源空间有限，有天敌限制 2.资源可以得以更新的开放空间 “S”形增长的数学模型 具有环境阻力 "S"-shaped growth of a population 种群的“S”型增长 阴影部分 表示生存斗争中被淘汰的个体数 何来生存斗争？ 资源和空间有限 种群密度增大 环境恶劣 种内竞争加剧 与环境斗争 出生率下降，死亡率升高 "S"-shaped growth of a population 种群的“S”型增长 “S形增长”数学模型 数学函数图像 增长率化曲线 在环境容纳量为K时，种群 瞬时阻力为 令J型增长曲线中的 改写为 所以S形增长曲线中 "S"-shaped growth of a population 种群的“S”型增长 “S形增长”数学模型 增长率化曲线 "S"-shaped growth of a population 种群的“S”型增长 “S形增长”数学模型 来来来，我给你讲讲什么是 阿利氏效应 一定的种群密度对于有效寻找配偶和逃离敌害都是必要的，有些生物在种群密度很低时，种群数量不断下降，且会因增长率的下降走向灭绝 假设这个最低要求种群量为M 那么，当N小于M时负增长，N大于M时才正增长 修正 r = rm X （1- ） （1- ） "S"-shaped growth of a population 种群的“S”型增长 “S形增长”数学模型 数学函数图像 增长率化曲线 增长率变化曲线 "S"-shaped growth of a population 种群的“S”型增长 “S形增长”数学模型 增长率变化曲线 对“k/2”的运用 渔业资源最佳捕捞时期？ 中等强度捕捞 种群数量超过环境容纳量的一半（K/2）时实行中等强度捕捞，使得捕捞后鱼种群数量处在K/2左右。“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。 种群数量达K时，出生率等于死亡率，这时即使不捕捞，种群数量也不会增加 "S"-shaped growth of a population 种群的“S”型增长 不是；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 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。 不是；在K值上下波动，动态平衡。 2.同一种群的K值是固定不变的吗？ 1.K值是不是种群数量的最大值？ 3.在环境条件没有变化的情况下，种群数量到达K值后就不再变化了吗？ 关于“K值”的讨论 "S"-shaped growth of a population 种群的“S”型增长 关于“K值”的讨论 对“k值”的运用 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？ 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。 "S"-shaped growth of a population 种群的“S”型增长 关于“K值”的讨论 对“k值”的运用 1.野生生物的保护 2.有害生物的防治 如： 断绝或减少它们的食物来源； 养殖或释放它们的天敌； 硬化地面等等。 防治有害生物的根本措施是降低环境容纳量 "S"-shaped growth of a population 种群的“S”型增长 不是；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 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。 不是；在K值上下波动，动态平衡。 2.同一种群的K值是固定不变的吗？ 1.K值是不是种群数量的最大值？ 3.在环境条件没有变化的情况下，种群数量到达K值后就不再变化了吗？ 关于“K值”的讨论 Fluctuations in population numbers 种群数量的“波动” 2012.6.4 大肠杆菌生长曲线的测定 自然环境中，种群增长的 J 型和 S 型曲线均可见到，但不像数学模型所预测的那样光滑、典型。种群实际增长的变型是很多的! 绵阳引入澳大利亚塔斯马尼亚岛后的增长曲线 草履虫种群增长实例 Fluctuations in population numbers 种群数量的“波动” 1.但对于大多数生物，种群数量总是在波动中 季节性波动 年间波动 Fluctuations in population numbers 种群数量的“波动” 1.但对于大多数生物，种群数量总是在波动中 Fluctuations in population numbers 种群数量的“波动” 1.但对于大多数生物，种群数量总是在波动中 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 蝗灾 鼠灾 赤潮 Fluctuations in population numbers 种群数量的“波动” 1.但对于大多数生物，种群数量总是在波动中 2.有的种群能够在一段时期内维持数量的相对稳定 野牛 狮群 Fluctuations in population numbers 种群数量的“波动” 1.但对于大多数生物，种群数量总是在波动中 2.有的种群能够在一段时期内维持数量的相对稳定 3.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。 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而衰退、消亡。 典型例题 【例题3】（《三维设计》P13.学以致用2）如图表示欧洲灰鹭在1928-1977年间的种群数量波动下列有关叙述正确的是（ ） A.由于温度的变化使得该种群的数量波动 呈周期性 B.图示欧洲灰鹭的环境容纳量约为4000只 C.图中a处该种群以恒定的增长率在增长 D.在1928-1977年间欧洲灰鹭的环境容纳量 基本不变 Fluctuations in population numbers 种群数量的“波动” Changes in the number of yeast cells in the culture medium 培养液中酵母菌种群数量的变化 1.提出问题 培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的？ 2.作出假设 “J”形增长 “S”形增长 数量下降 时间 开始 延长 最后 Changes in the number of yeast cells in the culture medium 培养液中酵母菌种群数量的变化 1.提出问题 2.作出假设 3.实验设计 配制酵母菌溶液 接种酵母菌到培养液中 培养 计数 统计 得出结轮 Changes in the number of yeast cells in the culture medium 培养液中酵母菌种群数量的变化 Changes in the number of yeast cells in the culture medium 培养液中酵母菌种群数量的变化 Changes in the number of yeast cells in the culture medium 培养液中酵母菌种群数量的变化 计数工具 血细胞计数板 计数室 横观面 侧观面 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。每个小方格的体积是1/400mm3。 Changes in the number of yeast cells in the culture medium 培养液中酵母菌种群数量的变化 计数工具 血细胞计数板 大方格 中方格 小方格 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。 （双线分割） Changes in the number of yeast cells in the culture medium 培养液中酵母菌种群数量的变化 计数工具 血细胞计数板 计数室（大方格）规格 16×25型 25×16型 16×25型 25×16型 中方格 小方格 一般取四角的四个中方格（100个小方格）计数 一般计数四个角和中央的五个中方格（80个小方格）细胞数 Changes in the number of yeast cells in the culture medium 培养液中酵母菌种群数量的变化 计数工具 血细胞计数板 16×25型 25×16型 一般取四角的四个中方格（100个小方格）计数 一般计数四个角和中央的五个中方格（80个小方格）细胞数 计数室（大方格）规格 每大格面积： 1mm×1mm=1mm2 盖上盖玻片，计数室高度为0.1mm 每大格体积： 1mm×1mm×0.1mm= 0.1mm3 Changes in the number of yeast cells in the culture medium 培养液中酵母菌种群数量的变化 计数工具 血细胞计数板 计算公式·每毫升原液所含细菌数 每毫升原液所含细菌数 = 每小格的平均细菌数 × 总格数（400） 体积（0.1mm3） × 稀释倍数 Changes in the number of yeast cells in the culture medium 培养液中酵母菌种群数量的变化 血细胞计数板 A1 A2 A3 A4 16×25型 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 = 计数工具 Changes in the number of yeast cells in the culture medium 培养液中酵母菌种群数量的变化 血细胞计数板 计数工具 A1、A2、A3 、A4和A5分别为五个中方格中的酵母菌数。 1mL样品中酵母菌数 25×16型 A1 A2 A3 A4 A5 A1+A2+A3+A4 +A5 80 ×400÷0.1mm3×稀释倍数 = A1+A2+A3+A4 +A5 80 ×400 ×104 ×稀释倍数 = 典型例题 【例题4】（《三维设计》P15.学以致用2）酵母菌是探究种群数量变化的理想材料，血细胞计数板是酵母菌计数的常用工具。如图表示一个计数室(1mmXlmmX0.lmm)及显微镜下一个中方格菌体分布情况(培养液未稀释)。下列有关叙述错误的是( ) A.培养液中酵母菌主要进行有氧呼吸和出芽生殖 B.每天定时取样前要摇匀培养液 C.每次选取计数室四个角和中央的五个中方格计 数,目的是重复实验以减小误差 D.若五个中方格酵母菌平均数如图乙所示,则估 算1m培养液中酵母菌数共有6X106个 Changes in the number of yeast cells in the culture medium 培养液中酵母菌种群数量的变化 Lavf58.51.100 $$