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

第一章 种群及其动态 第二节 种群数量的变化 问题探讨 2. 72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？ 2216个。 1. n代细菌数量Nn的计算公式是： Nn=2n 可以用实验计数法来验证。 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。 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。 建立数学模型 研究方法 研究实例 观察研究对象，提出问题 细菌每 20 min 分裂一次，怎样计算细菌繁殖 n 代后的数量？ 一、建构种群增长模型的方法 研究方法 研究实例 观察研究对象，提出问题 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 一、建构种群增长模型的方法 研究方法 研究实例 观察研究对象，提出问题 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。 一、建构种群增长模型的方法 研究方法 研究实例 观察研究对象，提出问题 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 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。 一、建构种群增长模型的方法 一、建构种群增长模型的方法 Nn=2n 数学公式 曲线图 优点： 缺点： 科学、精确 不够直观 直观 不够精确 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 请你算出一个细菌产生的后代在不同时间的数量， 并填入下表，画出细菌种群数量的增长曲线。 该公式和增长曲线，只是对理想条件下细菌数量增长的推测。 在自然界中，种群的数量变化情况是怎样的呢？ 一、建构种群增长模型的方法 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。 24只 思考·讨论：分析自然界种群增长的实例 一、建构种群增长模型的方法 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 1.这两个资料中种群增长有什么共同点? 种群数量增长迅猛，且呈无限增长趋势。种群呈“J”形曲线增长。 2.种群出现这种增长的原因是什么？ 食物和空间条件充裕、没有天敌、气候适宜等。 3.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.含义： 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。 0 时间/min 细菌数量/个 100 200 300 400 500 20 40 60 80 100 120 140 160 180 什么是理想条件？ 二、种群的“J”形增长 （1）模型假设 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 某种群 理想状态 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 。 问：第一年是N0，第二年是多少？t年后呢？ 2.“J”形增长的数学模型 二、种群的“J”形增长 （2）建立模型 2.“J”形增长的数学模型 假设：种群数量每年以一定的倍数(λ)增长。种群起始数量为N0, 的表达式？ N1=N0λ N2=N1λ= λ2N0 N3=N2λ= λ3N0 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 曲线图 时间(t) 种群数量Nt 二、种群的“J”形增长 （3）对“λ”的理解： Nt＝N0λt 表达式中，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 只有λ＞1且为定值时，种群增长才为“J”形增长。 【思考】当λ＞1时，种群一定呈“J”形增长吗？ 二、种群的“J”形增长 A______________ B______________ C______________ D______________ 【例1】研究人员连续10年调查生态系统中某动物的种群数量变化，绘制的λ值变化曲线如图所示。 A、B、C、D 四点时的种群数量相比，最多的是 点；最少的是 点。 年龄结构 增长型 稳定型 衰退型 B D 稳定型 二、种群的“J”形增长 （4）增长率： 单位时间内净增加的个体数占原来个体数的比例(无单位)。 增长率＝λ-1 （λ>1，且不变） ＝ ×100％ 增长率 ＝ 末数－初数 Nt－Nt-1 Nt-1 初数 （增长率>0，且不变） 种群增长率不受种群密度制约，增长率保持不变 。 =（λ-1）×100％ Nt＝N0λt 二、种群的“J”形增长 （4）增长速率： 单位时间内增加的个体数量(有单位，如个/年)。 （λ>1，且不变） ＝ 增长速率＝ 末数－初数 单位时间 Nt－Nt-1(个) t(年) 实质就是“J”型曲线的斜率 Nt＝N0λt （λ-1）N0λt -1 （λ>1，且不变） 二、种群的“J”形增长 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 前9年，种群数量第_______年最高 ⑧ 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， 5 12 【例1】据图说出种群数量如何变化 12～13增长 λ = 当年种群数量 前一年种群数量 三、种群的“S”形增长 时间/d 种群数量/个 K=375 时间 0 1 2 3 4 5 6 数量 5 20 137 319 369 375 373 请绘制大草履虫的种群增长曲线 373.3 369.0 20.4 319.0 137.2 375.0 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，得出了如下数据表： 大草履虫的数量在第几天增长较快？ 第二天和第三天 为什么大草履虫种群没出现“J”形增长？ 随着大草履虫数量增多，对食物和空间的竞争逐渐激烈，导致出生率下降，死亡率升高。 这种类型的种群增长称为什么？ 种群的“S”形增长 第五天后大草履虫的数量出现什么变化？ 趋于稳定 三、种群的“S”形增长 1.“S”形增长含义 资源和空间有限，天敌的制约等（即存在环境阻力），种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定，增长曲线呈“ ”形。 S 2. 适用对象： 4. 环境容纳量（K值） 一般自然种群的增长 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。 3.“S”形增长形成原因： 现实状态 ①资源和空间有限 ②种群密度增大时 ③种内竞争加剧 三、种群的“S”形增长 ab段： 种群基数小，需要适应新环境，增长较缓慢；调整期 资源和空间丰富，出生率升高，种群数量增长迅速；加速期 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；减速期 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。饱和期 种群数量为K/2，种群增长速率达到最大；转折期 5.“S”形增长曲线图分析： bc段： c点： de段： cd段： 三、种群的“S”形增长 5.种群“S”形增长曲线分析 （1）AB 段：出生率 死亡率，种群数量增加。 （2）B点（K/2）：出生率与死亡率差值 ，种群增长速率 。 （3）BC段：出生率仍 死亡率，但差值在减小，种群增长速率 。 （4）C点（K值）：出生率 死亡率，种群增长速率为 ，种群数量达到 ，趋于稳定。 A B C 大于 最大 最大 大于 下降 等于 0 最大（K 值） 三、种群的“S”形增长 (1)增长速率(dN/dt) ①增长速率先增大后减小，最后为0。 ②当种群数量为k/2时，增长速率达到最大。 实质就是“S”型曲线的斜率 三、种群的“S”形增长 （2）增长率 增长率受种群密度制约，密度越大，增长率越小。 密度制约系数：1—N/K 总资源为1，1—N/K表示种群数量为N时，剩余的资源。 1/K为每个个体所占有的资源，N/K为N个个体所占有的资源。 时间 0 1 2 3 4 5 6 数量 5 20 137 319 369 375 373 (k-N)/K 种群增长率 时间 t1 t2 O 种群增长速率 时间 t1 t2 O “J”形曲线增长率 “S”形曲线增长率 “J”形曲线增长速率 “S”形曲线增长速率 当种群数量为k/2时，增长速率达到最大。 增长率与增长速率区分 三、种群的“S”形增长 6.K值分析 思考1：K值是不是种群数量的最大值？ 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，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。 思考2：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。 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的环境容纳量。 三、种群的“S”形增长 请据图分析：该种群的K 值为 。 K2 K值并不是种群数量的最大值 种群所达到的最大值有时会超过K 值，但这个值存在的时间很短，因为环境已遭到破坏。 三、种群的“S”形增长 7.K值的应用 资料一：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。 三、种群的“S”形增长 资料二：怎样做才能最有效的灭鼠？ 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，等等。 ①降低环境容纳量 ②在 捕杀 K/2前 防治有害生物的根本措施。 防止老鼠种群数量达到K/2处 7.K值的应用 K 种群数量 时间 0 B C D E t1 t2 A K/2 资料三：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率最大，再生能力最强。 K 种群数量 时间 0 B C D E t1 t2 A K/2 ——“黄金开发点” 三、种群的“S”形增长 7.K值的应用 三、种群的“S”形增长 【总结】K值与K/2值的应用: 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 【总结】种群“J”形和“S”形增长曲线之间的关系 （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 。 （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。 “S”形 “J”形 环境阻力 淘汰 食物不足 空间有限 种内斗争 天敌捕食 气候、传染病等 环境阻力 环境阻力减小，K 值增大； 环境阻力增大，K 值减小。 J型曲线 S型曲线 前提条件 增长模型 有无K值 种群增长率 种群增长速率 理想条件 存在环境阻力 比较种群增长两种曲线的联系与区别 无，持续保持增长 有K值 保持稳定 先增加后下降 有最大值 逐渐下降 逐渐增加无上限 四、种群数量的波动 1.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。 野牛 狮群 2.但对于大多数生物，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 2.但对于大多数生物，种群数量总是在波动中。 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。 季节性波动 年间波动 四、种群数量的波动 2.但对于大多数生物，种群数量总是在波动中。 非周期性波动 该东亚飞蝗的种群数量在1913—1961年一直处于不规则的波动状态 大多数 四、种群数量的波动 3.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 四、种群数量的波动 4.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。 小试牛刀 1．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 小试牛刀 2．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衰退型 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 D 探究·实践 培养液中酵母菌种群数量的变化 ①兼性厌氧型生物（单细胞真核生物）； ②生长周期短，繁殖速度快，易于研究种群数量的变化 实验思路梳理 1.酵母菌是什么生物？ 2.如何求酵母菌种群数量？能不能用逐个计数法？ 真核生物（真菌，微生物） 不能 酵母菌增长速度太快，数量太多，应该用估算法 种群数量= 种群密度× 面积 OR 体积？ 实验思路梳理 1.酵母菌是什么生物？ 2.如何求酵母菌种群数量？能不能用逐个计数法？ 真核生物（真菌，微生物） 不能 酵母菌增长速度太快，数量太多，应该用估算法 种群数量= 种群密度× 体积 体积可以人为设定 可采用 取部分液体，然后估算其种群密度的方法 该部分液体种群密度 该部分液体种群数量 = 该部分液体体积 实验思路梳理 种群数量= 种群密度× 体积 体积可以人为设定 可采用 取部分液体，然后估算其种群密度的方法 该部分液体种群密度 该部分液体种群数量 = 该部分液体体积 如何计数 如何精确测量其体积 精密材料 血细胞计数板 血细胞计数板 血细胞计数板 计数室 红框代表 一个大格 大格 一个大格（计数室）分为25个中格（双线边） 黄框代表 一个中格 一个中格分为16个小格 1mm 面积 1mm2 1/25mm2 1/400mm2 厚度（高度） 0.1mm 怎样计数？ A1 A2 A5 A3 A4 对于压在小方格界线上的酵母菌，应当怎么计数？ 取相邻两边及其夹角 如果小方格内酵母菌数量过多，难以数清，怎么办？ 进行稀释 你能用公式表示种群密度吗？ 规格一：25×16型 A1 A2 A3 A4 A5 规格二：16×25型 A1 A3 A2 A4 每个计数室共有400小格，总容积为0.1mm3。 A1 A2 A3 A4 A5 0.1mm3=10-4mL 计数一个小方格内酵母菌数量，再以此为依据估计培养液中酵母菌总数。 1mL培养液中细胞个数： =小方格中细胞数量的平均值×400 ×104×稀释倍数 每个计数室共有400小格，总容积为0.1mm3。 两种不同计数室的取样方法不同 规格一（25×16）： 1 mL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 规格二（16×25）： 1 mL培养液中细胞个数＝？（你能计算吗） 1 mL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 练习1. 检测员将1 mL水样稀释10倍后，用抽样检测的方法检测每毫升蓝藻的数量；将盖玻片放在计数室上，用吸管吸取少许培养液使其自行渗入计数室，并用滤纸吸去多余液体。已知每个计数室由25×16＝400个小格组成，容纳液体的总体积为0.1 mm3。 现观察到图中该计数室所示a、b、c、d、e 5个中格80个小格内共有蓝藻n个，则上述水样中约有蓝藻   个／mL。 5n×105  规格2（25×16）： 1 mL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 2. 将样液稀释100倍，采用血球计数板(规格为1 mm×1 mm×0.1 mm)计数，观察到的计数室中细胞分布见图3，则培养液中藻细胞的密度是________个/ mL。 1×108 5 4 3 4 4 实验: 探究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: 在环境资源有限的条件下，酵母菌的数量变化随时间呈“S”形增长曲线 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。 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_________形增长。 消耗 积累 改变 S 4. 实验设计 （1）变量设置 本实验自变量是什么？该如何设置？ ①自变量：________ ②因变量：__________ ③无关变量：__________ 时间 酵母菌数量 培养液的体积 （2）材料用具 酵母菌菌种 培养液 血球计数板 5. 实验步骤 (2)取清洁无油的血细胞计数板，在计数室上面加盖玻片。 (1)液体培养基，无菌条件，培养酵母菌。 (3)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，多余的培养液用滤纸吸去；计数室不得有气泡。 （4）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，用显微镜计数一个小方格内的酵母菌数量；估算试管中的酵母菌总数。 【讨论1】盖盖玻片和滴加培养液哪个步骤在前？ 【讨论2】从试管中吸出培养液进行计数之前，要将锥形瓶轻轻振荡几次。这是为什么？ 【讨论3】滴加培养液后要稍等片刻，待酵母菌全部沉降到计数室底部再计数，为什么？ 使培养液中的酵母菌分布均匀，以减少误差。 若酵母菌未能全部沉降到计数室底部，显微镜观察时，无法调焦使得同时看清看清酵母菌和格线。 先盖盖玻片，再滴加培养液于盖玻片边缘，让培养液自行渗入，滤纸吸去多余的培养液。 【讨论4】看到的酵母菌都是活的吗？ 提示：不都是，计数的酵母菌包括活菌和死菌。 可以用台盼蓝染液对菌体进行染色， 被染成蓝色的是死菌，没有染色的是活菌。 注：加入的台盼蓝的体积应折算在稀释倍数中。 【讨论5】出芽繁殖中的酵母菌，怎样计数？ 离开母体的芽体，无论大小均算一个。若正在出芽，芽体大小达到或超过母细胞一半时，芽体可算1个。 【讨论6】本实验需要设置对照吗?需要做重复实验吗? 酵母菌在不同时间内的数量可以相互对照，不需另设对照实验。如果担心培养过程中有污染，则需要单设不接种酵母菌的空白对照组。 需要做分组重复实验获取平均值，以保证计数的准确性(对每个样品可计数三次，再取平均值)。 6. 实验结果 7. 实验结论 若继续观测，会如何变化？ 在适宜条件下 ，酵母菌种群呈“S” 形增长； 种群的增长速率是：先增加后减少，在K/2时增长速率最大。 封闭环境中，若无外源物质和能量的补充，种群数量达到最大，随着资源的消耗和有害物质的积累，种群数量减少甚至消亡。 1、在探究“培养液中酵母菌种群数量的变化”的实验中，采用规格为25中格(400小格，0.1 mm)的血细胞计数板进行计数。已知培养液稀释了100倍，经检测得知四角及中心5个中格的酵母菌数量分别为32、36、34、38、40个。下列叙述正确的是(　　) A．在培养酵母菌时，必须去除影响实验结果的培养液中的溶解氧 B．此培养液中酵母菌密度约为9×106个·mL－1，该实验无对照 C．若一个小格内酵母菌数量过多，应将培养液稀释一定倍数后再进行计数 D．用血细胞计数板计数酵母菌数量时，应统计方格内和四边上的菌体 C 酵母菌通过有氧呼吸可以大量增殖，故不能去除培养液中的溶解氧，×； 36×25×104×100=9×108个·mL-1，×； 应统计方格内和相邻的两条边及其夹角上的菌体，×； 小试牛刀 2、下列相关叙述正确的是(　　) A．依据15 ℃、24 h条件下酵母菌种群数量值，可推算所用血细胞计数板 每一个中方格中酵母菌的数量平均为12个 B．温度是该实验的自变量，酵母菌菌种、酵母菌数量、培养液成分等 为无关变量 C．培养液中酵母菌种群数量呈“S”形变化 D．酵母菌在15 ℃环境中存活的时间最长，15 ℃是酵母菌种群数量增长的最适温度 A 温度和培养时间是该实验的自变量，×； 后期酵母菌的数量会下降，×； 实验温度中，25 ℃是酵母菌种群数量增长的最适温度，×； 小试牛刀 $$