1.2 种群数量的变化 课件 2025-2026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 种群数量的变化 【重难点】 1.建构种群增长模型的方法。 2.种群的“J”形增长和“S”形增长。 S z L w h 2. 72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？ 2216个。 1. 第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。 问题探讨 S z L w h 2 一 种群的“J”形增长 种群的“S”形增长 建构种群增长模型的方法 目 录 CONTENTS 二 三 种群数量的波动 四 3 1.数学模型： 用来描述一个系统或它的性质的数学形式。(公式、曲线图等) 2.建构数学模型的意义： 描述、解释和预测种群数量的变化 一、建构种群增长模型的方法 S z L w h 研究实例 研究方法 细菌每20min分裂一次，怎样计算繁殖n代的数量？ 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，对自己所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 S z L w h 5 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数量， 并填入下表，画出细菌种群数量的增长曲线。 自然界中有类似细菌在理想条件下种群（呈J型）增长的形式吗？ 一、建构种群增长模型的方法 4. 数学模型的表达形式及优缺点 S z L w h 自然界中有类似细菌在理想条件下种群（呈J型）增长的形式吗？ 6 思考·讨论：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 20世纪30年代，人们将环颈雉引入某地一个岛屿。 1937—1942年，某岛屿上环颈雉种群数量增长如右图 讨论： 1.这两个资料中的种群增长有什么共同点？ 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。 理想条件 一、建构种群增长模型的方法 2.出现这种增长的原因是什么 ？ 种群数量增长迅猛, 且呈无限增长趋势。 S z L w h 外来物种入侵—水葫芦也是呈J型增长 通过资料1和2可知：自然界中有类似细菌在理想条件下种群增长的形式。 7 一 种群的“J”形增长 种群的“S”形增长 建构种群增长模型的方法 目 录 CONTENTS 二 三 种群数量的波动 四 8 1．概念： 在 条件下，以 为横坐标， 为纵坐标，画出的种群增长曲线大致呈“ ”形。 理想 时间 种群数量 J 2．适用对象： 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 。 “J”形增长需满足哪些条件呢,数学模型（公式）是怎样的呢？ ③外来入侵物种的种群数量变化 水葫芦 二、种群的“J”形增长 S z L w h 水葫芦（凤眼莲）原产于南美，1901年作为花卉引入中国。由于繁殖迅速，又几乎没有竞争对手和天敌，我国目前有184万吨。它对其生活的水面采取了野蛮的封锁策略，挡住阳光，导致水下植物得不到足够光照而死亡。 （2）建立模型(数学公式) 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= N0λ2 N3=N2λ= N0λ3 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 3．“J”形增长的数学模型 （1）模型假设 二、种群的“J”形增长 S z L w h （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 S z L w h 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 趁热打铁 S z L w h 变式：调查某地乌鸦连续10年的种群数量变化，图中λ表示该种群数量是前一年种群数量的倍数，下列分析正确的是(　　) A．乌鸦的种群密度采用样方法调查 B．第3年和第9年的乌鸦种群数量相同 C．第6年以前乌鸦种群数量为“J”型增长 D．第9～10年的乌鸦种群数量最少 D 趁热打铁 S z L w h 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） =λ-1 Nt＝N0λt (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 二、种群的“J”形增长 增长特点 种群的增长率是一定的，种群数量没有上限。 S z L w h （λ>1，且不变） （5）增长速率：单位时间内增加的个体数量。 ＝ 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 （λ-1）N0λt -1 Nt＝N0λt 在自然条件下，种群的增长形式又是怎样的呢？ 二、种群的“J”形增长 S z L w h 在自然条件下，种群的增长能又是怎样的呢？ 15 一 种群的“J”形增长 种群的“S”形增长 建构种群增长模型的方法 目 录 CONTENTS 二 三 种群数量的波动 四 16 【实例分析】生态学家高斯的实验：把5个大草履虫置于0.5mL的培养液中，不更换到更大容器中，不添加新的培养液，连续观察、记录，第5天后基本维持375个左右，结果如下表： 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 三、种群的“S”形增长 S z L w h 17 1. “S”形增长概念 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： 一般自然种群的增长 3. 环境容纳量（K值） 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 S z L w h 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 bc段： c点： de段： cd段： 三、种群的“S”形增长 4.“S”形增长曲线图分析： S z L w h 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 5、增长速率(dN/dt) S z L w h K/2 K K 6、不同增长模型中的“K值”与“K/2值” 三、种群的“S”形增长 S z L w h K/2 K/2 K K 三、种群的“S”形增长 6、不同增长模型中的“K值”与“K/2值” S z L w h 【问题探究】1.K 值 （是/不是）种群数量的最大值 2.请据图分析：该种群的K 值为 。 3.同一种群的K 值是固定不变的吗？ 同一种群的K 值不是固定不变的，会受到环境因素的影响。 K2 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。 趁热打铁 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 S z L w h ①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，由于食物的减少和活动范围的缩小，K 值就会变小。 （1）实践应用1——野生生物的保护 ②保护大熊猫的根本措施是什么？ 建立自然保护区，给大熊猫更宽广的生活空间，改善它们的栖息环境，从而提高环境容纳量。 三、种群的“S”形增长 7、K 值的应用 场景1 S z L w h 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 三、种群的“S”形增长 7、K 值的应用 （2）实践应用2——有害生物的防治 S z L w h 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？ 渔业捕捞应在K/2以后，并使被捕鱼群的种群数量保持在K/2水平。因为捕鱼后保留在K/2值处，种群增长速率最大，可保证最大持续捕获量。 （2）实践应用3——资源开发与利用 三、种群的“S”形增长 7、K 值的应用 场景3 “黄金开发点” S z L w h 26 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】K值与K/2值的应用: 三、种群的“S”形增长 S z L w h 【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 S z L w h 28 J形曲线 S形曲线 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 29 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 趁热打铁 S z L w h 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 趁热打铁 S z L w h 31 一 种群的“J”形增长 种群的“S”形增长 建构种群增长模型的方法 目 录 CONTENTS 二 三 种群数量的波动 四 32 1、在自然界，有的种群能够在一段时间内维持数量的相对稳定 某地草原上的野牛、狮种群数量相对稳定 2、大多数生物的种群数量总是在波动中 时间 种群数量/相对值 某地区东亚飞蝗种群数量的波动 种群爆发：蝗灾、鼠灾、赤潮等 下降:人类乱捕滥杀和栖息地破坏 衰退和消亡：种群的数量过少， 近亲繁殖 说明：对于低于种群延续所需最小种群数量的物种，需要采取有效保护措施 四、种群数量的波动 S z L w h 探究·实践:培养液中酵母菌种群数量的变化 酵母菌是典型的真核生物，是兼性厌氧生物。酿酒和做面包都需要酵母菌，这些酵母菌可以用液体培养基（培养液）来培养。 培养液 酵母菌出芽生殖 1. 实验材料 酵母菌 S z L w h 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: 培养液中的酵母菌数量一开始呈“J”形增长； 随着时间的推移， 酵母菌数量呈“ ”形增长。 S 4.实验设计 (1)变量分析： 自变量： 时间 因变量： 酵母菌数量 无关变量： 培养液的体积等 (2)怎样对酵母菌进行计数？ ①方法： 抽样检测法 ②用具： 血细胞计数板、显微镜等 探究·实践:培养液中酵母菌种群数量的变化 S z L w h 导流凹槽 两个计数室 血细胞计数板用优质厚玻璃制成，由H形凹槽分为2个同样的计数室，两侧各有一个支持柱，将特制的专用盖玻片覆盖其上，形成深0.1mm的计数室。 计数工具——血细胞计数板 S z L w h XB.K.25 0.10mm 1/400mm2 大方格：方格网上刻有9个大方格，其中只有中间的一个大方格供计数用，称为计数室。 1mm 1mm 计数室（中间大方格）的边长为1mm，盖上盖玻片后，深度为0.1mm，其体积为 mm3 ，合 _______ mL。 0.1 1×10-4 1mL = 1cm3 计数工具——血细胞计数板 S z L w h 大方格 中方格 小方格 1/400mm2 S z L w h ⑤计数一个小方格内的酵母菌数量。 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.显微镜计数操作过程 探究·实践:培养液中酵母菌种群数量的变化 S z L w h （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？ 使培养液中酵母菌分布均匀，减少误差。 （2）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 （3）对于压在小方格界线上的酵母菌应当怎样计数? 只计相邻两边及其顶角上的酵母菌，一般遵循“计上不计下，计左不计右”的原则。 （4）本实验需要设置对照吗? 不需要。 不同时间取样已形成前后自身对照。 （5）需要做重复实验吗? 需要。对每个样品可计数三次，再取平均值，以减小误差，提高实验数据的准确性。 思考讨论 S z L w h 40 计数的包括活菌和死菌。死亡细胞多集结成团；可以用亚甲基蓝（台盼蓝）对菌体进行染色，被染成蓝色的是死菌，没有染色的是活菌。 （6）计数的酵母菌都是活的吗？ 如果没有染色，计数出来的数据会比真实值偏大。 思考讨论 S z L w h 以时间为自变量，以酵母菌种群数量为因变量。对培养液中的酵母菌数量进行定时检测并记录。 将试管放在28℃的恒温箱中培养7天 培养 将酵母菌接种到支试管中 接种 每天取样计数酵母菌的数量，连续观察7天并记录这7天的数值。 计数 将10ml马铃薯培养液或肉汤培养液加入试管中 准备 探究·实践:培养液中酵母菌种群数量的变化 6.实验步骤 S z L w h 42 第 1 天 第 4 天 第 6 天 第 7 天 死亡 连续观察7天，记录每天的数值。记录结果可设计成下面的记录表： 探究·实践:培养液中酵母菌种群数量的变化 时间次数 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 平均 重复组 每天取样时间要固定 S z L w h 0 1 2 3 4 5 6 7 时间/天 种群数量 出生率>死亡率 出生率≈死亡率 出生率<死亡率 ①营养物质消耗殆尽 ②有害代谢产物积累 ③pH改变 酵母菌数量为何会下降？ 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。 探究·实践:培养液中酵母菌种群数量的变化 7.实验结果 8.实验结论 S z L w h 44 1.下列有关“培养液中酵母菌种群数量的变化”实验的叙述，不正确 的是( ) B A.吸取培养液前应将培养瓶轻轻振荡 B.对酵母菌进行计数时，在血细胞计数板上滴加培养液后再盖上盖玻片 C.在实验的后期，对抽样的培养液应进行适当地稀释，然后进行计数 D.通过每天定时取样并计数，可以发现酵母菌种群数量的变化规律 趁热打铁 S z L w h 45 2.2022·毕节期末）将酵母菌接种到装有 液体培养基的试管中， 对酵母菌进行培养并定时取样进行计数，结果如下图所示。下列叙述错 误的是( ) C A.实验中存在对照，常用抽样检测法对酵母菌进行计数 B.在酵母菌种群数量增长的不同阶段，可能具有相同的增长速率 C.若将酵母菌的接种数量增加一倍，其他条件不变，则 值加倍 D.随着营养物质的减少和代谢废物的积累，一段时间后，酵母菌数量会下降 趁热打铁 S z L w h 46 显微镜计数操作步骤: 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. 计数一个小方格内酵母菌数量，再以此为依据估计试管中酵母菌总数。 酵母菌的计数方法: 抽样检测法 滴液处 5.血细胞计数板使用完毕后，用水冲洗干净或浸泡在酒精溶液中，切勿用硬物洗刷或抹擦，以免损坏网格刻度。 难点突破 S z L w h 1mm ①每个大方格的面积为: 1 mm2 ②已知加盖玻片后的深度为: ③每个大方格的容积为: 0.1 mm3 (10-4mL) 0.1 mm 血细胞计数板： 1mL=1000mm3 1mL培养液中细胞个数＝ 每小方格中细胞的个数×400 ×104×稀释倍数 难点突破 S z L w h 1mL=1000mm3 计数室通常有两种规格： 25×16型：即大方格内分为25中格，每一中格又分为16小格 16×25型：即大方格内分为16中格，每一中格又分为25小格 不管计数室是哪一种，每一大方格都是由16×25=25×16=400个小方格组成 血细胞计数板： 大方格 难点突破 S z L w h 取五个中方格共80个小方格 两种不同计数室的取样方法不同 25×16型 16×25型 取四个中方格共100个小方格 血细胞计数板： 难点突破 S z L w h 计数室的两种规格： 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 规格1（16×25）： 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 难点突破 S z L w h 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  1mL培养液中细胞个数＝ 每小方格中细胞的个数×400 ×104×稀释倍数 趁热打铁 S z L w h 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 1 mL培养液中细胞个数＝(A/5)×25×104 ×稀释倍数 (注:5个中方格中总菌数为A) 1 mL培养液中细胞个数＝(20/5)×25×104×100 =1×108 趁热打铁 S z L w h 网络构建 S z L w h 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。 （ ） ❌ ❌ ❌ 练习与应用（课本P12） S z L w h 55 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 练习与应用（课本P12） S z L w h 56 3.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的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。 练习与应用（课本P12） S z L w h 57 4.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？请查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。 练习与应用（课本P12） S z L w h 58 谢谢观看 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.79 $