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

该高中生物学课件聚焦种群数量变化，涵盖“J”形增长、“S”形增长、环境容纳量及种群波动，通过细菌分裂问题探讨导入，从具体数量计算过渡到数学模型构建，搭建实例到抽象模型的学习支架。 其亮点在于以科学思维为核心，通过“J”形增长公式推导、增长率与增长速率辨析培养逻辑推理，结合高斯实验、外来入侵物种案例体现生命观念；探究实践环节详细设计酵母菌种群数量实验，含血细胞计数板操作与数据处理，提升学生实验能力。教师可利用问题链与实例教学，学生能深化模型理解与探究技能。

高中生物学选择性必修2 种群数量的变化 怎样建构种群增长的模型？ 种群的数量是怎样变化的？ 4.1.2 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20 min就通过分裂繁殖一代。 问题探讨 1、第n代细菌数量的计算公式是什么？ 设细菌初始数量为N0，第一次分裂产生的细菌为第一代,数量为N0×2，第n代的数量为Nn=N0×2n。 2、72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？ n＝ 60min × 72h／20min＝216（代） N216 = 1 × 2n = 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？ 不会，因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的，该公式成立是在理想条件下的。 细菌的分裂方式 二分裂 那么我们该怎样描述、解释和预测种群数量的变化呢？ ？ 建立数学模型 你还记得我们高中生物学习过哪些模型吗？ ？ 物理模型 数学模型 概念模型 一 建构种群增长模型的方法 ——建立数学模型 1 数学模型 用来描述一个系统或它的性质的数学形式。 细菌每20min分裂一次， 细菌数量是怎样变化的？ 资源和生存条件没有限制条件下， 细菌种群增长不受种群密度增加的影响 观察、统计细菌数量， 对自己所建立的模型进行检验或修正 研究实例 N代表细菌数量，n代表第几代 Nn=2n 研究方法 观察研究对象， . 提出 . 通过进一步实验或观察等， 对模型进行 . 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 . 提出问题 合理的假设 建立数学模型 检验或修正 2 建构方法和实例 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20 min就通过分裂繁殖一代。 时间/min 20 40 60 80 100 120 140 160 180 分裂次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 数量(个) 2 4 8 16 32 64 128 256 512 21 22 23 24 25 26 27 28 29 问题探讨 同数学公式相比，曲线图表示的模型有什么局限性？ ？ 直观，但不够精确 Nn=N0×2n 在自然界中,种群的数量变化情况是怎样的?有类似细菌在理想条件下种群增长的形式吗? ？ 【思考·讨论】 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。 1、这两个资料中的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？ 不能，因为资源和空间是有限的。 3、这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？ 24只→6亿只 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. 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 二 种群的“J”形增长 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 *注意： 该曲线的起点不是原点。 2 理想条件 “J”形增长的数学模型用数学公式怎样表示？ ？ Nn=N0×2n λ = 当年种群数量 前一年种群数量 种群数量每年以一定的倍数增长，当年是前一年的 λ 倍． 在假设：种群数量每年都以一定的倍数(λ)增长。种群起始数量为N0, 求出t年后种群数量Nt的表达式？ ？ t年后种群的数量为: Nt=N0λt 一年后种群的数量为: N1=N0λ 二年后种群的数量为: N2=N1·λ＝N0λ2 Nt = N0 λt t 年后该种群的数量 种群的起始数量 每年增长倍数 时间 时间(t) 种群数量Nt 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 二 种群的“J”形增长 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 理想条件 3 公式 Nt = N0 λt 无论λ为何数值,种群数量都呈“J”形增长吗？ ？ 项目 种群数量变化 年龄结构 λ>1 λ=1 λ<1 λ >1 λ <1 λ =1 种群数量 时间 0 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. 【练一练】 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 年达到最高； 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 12 1、据图说出种群数量如何变化 增长率 含义 计算 公式 举例 一个种群有1000个个体，1年后增加到1100，则该种群的增长率为: ×100%=10% 1100-1000 1000 单位时间内净增加的个体数占原来个体数的比例 现有个体数—原有个体数 原有个体数 增长率 = 增长率＝λ-1 λ= 增长率=出生率-死亡率（不考虑迁入、迁出） （λ>1，且不变） Nt＝N0λt （增长率>0，且不变） 1100÷1000=1.1 “J”形增长的增长率和增长速率 【拓展】 (是一个百分比，无单位) 12 增长速率 含义 计算 公式 举例 某种群有1000个个体, 2年后增加到1100, 则该种群的增长速率为: =50个/年 1100-1000 2年 单位时间内增加的个体数量 现有个体数—原有个体数 时间 增长速率 = 实质：“J”型曲线的斜率 Nt＝N0λt “J”形增长的增长率和增长速率 【拓展】 13 自然界类似“J”形增长的实例 紫茎泽兰 (原产美洲的墨西哥) 福寿螺 (原产中美洲的热带和亚热带地区) 水葫芦 (原产于南美) ——在自然界占少数 (1)实验室条件下； (2)一个种群刚迁入到一个新的适宜环境时(外来入侵物种)。 自然界类似“J”形增长的实例 ——人口数据增长曲线 世界人口数据增长曲线 中国人口数据增长曲线 人口在20世纪大部分时期呈现类似出“J”形增长 如果遇到资源、空间等方面的限制，种群还会呈“J”形增长吗？ ？ 【资料3】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，得出了如图所示的结果。 时间（天） 0 1 2 3 4 5 6 种群数量（个） 5 20 137 319 369 375 365 K=375 第5天后 先增加后数量趋于稳定。 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。 生态学家高斯的实验 1、大草履虫的数量增长过程如何？ ？ 2、为什么大草履虫种群没有出现“J”形增长？ ？ 三 种群的“S”形增长 1 概念 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。 出生率=死亡率 环境容纳量——K值 此时种群所能维持的最大数量称为什么？ ？ 2 形成原因 ①资源和空间有限 ②种群密度增大时种内竞争加剧 1、K 值是不是种群数量的最大值？ ？ 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。 （一片草原山羊的环境容纳量为10000，11000只也能短暂生存） 2、请据图分析：该种群的K值为 。 ？ K2 3、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, 当环境遭受破坏时，K值会_____； 当环境条件改善时, K值会_____。 下降 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 种群基数小，需要适应新环境，增长较缓慢。 (1)ab段 (2)bc段 (3) c点 (4)cd段 资源和空间丰富，出生率升高，种群数量增长迅速。 种群数量为K/2，种群增长速率达到 。 资源和空间有限，种群密度增大，种内竞争加剧，种群增长减缓； 调整期 加速期 转折期 减速期 (5)de段 出生率≈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 最大 时间(天) 0 1 2 3 4 5 数量(个) 5 30 130 340 375 375 增长率 0 增长速率 0 5 3.3 1.6 0.1 0 25 100 210 35 0 请尝试绘制 相应的曲线图。 思考 三 种群的“S”形增长 20 实践应用1——野生生物的保护 1、野生大熊猫种群数量锐减的关键原因是什么？ 2、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，由于食物的减少和活动范围的缩小，K值降低。 -----应降低环境阻力，提高K值(或环境容纳量)。 三 种群的“S”形增长 ——K值和K/2值的运用 21 实践应用2——有害生物的防治 K 种群数量 时间 0 B C D E t1 t2 A K/2 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。 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（种群增长速率最大）处。 1、防治有害生物的根本措施是什么？ 三 种群的“S”形增长 ——K值和K/2值的运用 22 实践应用3——对资源开发与利用的措施 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 t1 t2 A K/2 a.渔业捕捞应在 ; 捕捞后鱼的种群数量维持在 。 K/2以后 K/2 b.而杀虫效果最好的时期在 。 K/2以前 三 种群的“S”形增长 ——K值和K/2值的运用 应使被捕鱼群的种群数量保持在K/2水平，因为K/2水平上种群增长速率最大，可实现“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。 23 【练一练】 2、“J”形增长和“S”形增长的比较 (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？ (1)图中阴影部分表示什么？ 环境阻力。 环境阻力 食物不足 空间有限 种内竟争 天敌捕食 气候、传染病等 (2)如何用自然选择学说内容解释环境阻力？ 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 1 相对稳定 有的种群，如野牛、狮子. 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. 四 种群数量的波动 1 相对稳定 有的种群，如野牛、狮子. 对于大多数生物种群来说，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。 2 波动 某地区东亚飞蝗种群数量的波动 大多数生物种群. 四 种群数量的波动 1 相对稳定 有的种群，如野牛、狮子. 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。 2 波动 大多数生物种群. 3 种群爆发 波动状态的种群，在特定条件下. 四 种群数量的波动 1 相对稳定 有的种群，如野牛、狮子. 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。 2 波动 大多数生物种群. 3 种群爆发 波动状态的种群，在特定条件下. 4 下降 在种群长久处于不利条件下. 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。 探究·实践：培养液中酵母菌种群数量的变化 实验背景 1、酵母菌的繁殖方式： 异养兼性厌氧型（单细胞真核生物） 出芽生殖 ②可用含糖的液体培养基(培养液) 培养 ①生长周期短，繁殖速度快，易于研究种群数量的变化 2、代谢类型: 3、优点： 探究·实践：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 ①培养液中的酵母菌数量一开始呈“J”形增长； 时间 呈“J”形增长 开始 延长 呈“S”形增长 ②随着时间推移，由于营养物质的消耗、有害代谢产物的积累、pH的改变等，酵母菌数量呈“S”形增长。 探究·实践：培养液中酵母菌种群数量的变化 3 设计实验 (1)变量分析：自变量： ；因变量： ； 无关变量： 等。 时间 酵母菌数量 培养液的体积、pH、培养的温度 (2)酵母菌计数方法： 法。 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 抽样检测 (3)材料用具 导流凹槽 两个计数室 所在区域 计数室深度为0.1mm 计数室边长 为1mm 计数室 血细胞计数板 (血球计数板) 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，供微生物计数用。 32 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= 103mm3 血细胞计数板 (血球计数板) 33 大方格 中方格 小方格 25(中格)×16(小格) 不管计数室是哪一种,每一大方格都是由 个小方格组成。 16(中格)×25(小格) 取四角的四个中方格(100个小方格)计数 取四个角和中央的五个中方格(80个小方格)的细胞数。 计数室 血细胞计数板 (血球计数板) 16×25=25×16=400 34 16(中格)×25(小格)型 中方格 小方格 25(中格)×16(小格)型 四个顶角及中央5个中格 四个顶角中格 取样方法： 血细胞计数板 (血球计数板) 1mL样品中酵母菌数（种群密度）： 规格二（25×16）＝ 规格一（16×25）＝ 中方格中酵母菌数量的平均值×16 中方格中酵母菌数量的平均值×25×104 ×稀释倍数 1个计数室的酵母菌数（0.1mm3） ×104 ×稀释倍数 35 【练一练】 3.用血球计数板对培养液中酵母菌进行计数,若计数室为1mm×1mm× 0.1mm方格,由400个小方格组成。若多次重复计数后,算得每个小方格中平均有5个酵母菌,则10mL该培养液中酵母菌总数有 个。 2×108 根据公式：5×400×104×10＝2×108 4.若使用的血细胞计数板(规格为1 mm×1 mm×0.1 mm)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。 1×108 根据公式：（20÷5)×25×104×100＝1×108 探究·实践：培养液中酵母菌种群数量的变化 4 实验步骤 5 思考讨论 1. 从试管中吸出培养液进行计数前，建议将试管轻轻振荡几次，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？ ② 直接滴加培养液时,在计数室内会产生气泡,导致计数室相对体积减少而造成误差。 ① 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。 4. 为什么要待酵母细胞全部沉到底部后再计数？ 如果酵母菌未能沉降到计数室底部，通过显微镜观察时就可能出现以下现象： ① 能看清楚酵母菌但看不清方格线； ② 能看清楚方格线但看不清酵母菌。 5. 如果一个小方格内酵母菌过多，难以数清，应采取什么措施？ 稀释一定倍数后，再用血球计数板计数 用无菌水稀释至每小格细胞数目为5~10 个 稀释 100倍 3.对于压在小方格界线上的酵母菌，应当怎么计数？ 取相邻两边及顶角计数。一般遵循“计上不计下，计左不计右”的原则。 5 思考讨论 38 7.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。 第0天 第1天 第2天 第3天 第4天 第5天 第6天 第1组 第2组 第3组 ------ 第n组 平均值 8.怎样记录结果？记录表怎样设计？ 6.本探究实验需要另设对照组吗？如需要，对照组应怎样设计和操作；如果不需要，请说明理由。 不需要。酵母菌在不同时间内的数量可以形成自身前后对照，故不需另设对照实验。 5 思考讨论 39 第1天 第4天 第6天 第7天 思考：怎么分辨死亡细胞和有活性的细胞？ 死亡细胞多集结成团； 可以借助亚甲基蓝、台盼蓝等染色（死亡细胞呈蓝色） 6 实验结果 连续测定7天,汇图分析活细胞由于新陈代谢作用，细胞内具有较强的还原能力，能使亚甲基蓝由蓝色的氧化型变为无色的还原型。而对代谢作用微弱或死细胞，则无此还原能力或还原能力极弱，因此会被亚甲基蓝染成蓝色或淡蓝色。这种方法不仅可以观察细胞形态，还可以用来鉴别细胞的死活。 40 以 为横坐标， 为纵坐标，将所得数值用曲线图表示出来。 分析实验结果是否支持你的假设。 增长曲线的总趋势是__________________ 先增加，后减少 时间 种群数量 培养液中酵母菌种群的数量前期呈“S”形增长，后期数量下降。 先增加的原因 随着酵母菌数量的不断增多，营养消耗、空间有限、有害代谢产物积累等，使生存条件恶化，酵母菌死亡率高于出生率，种群数量下降。 在开始时培养液的营养充足、空间充裕、条件适宜。酵母菌死亡率小于出生率，种群数量上升。 减少的原因 6 实验结果 7 实验结论 41 42 小结 种群数量的变化 “S”形增长 “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(λ>1，且为定值) 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） 长期处于不利条件→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。（K值是种群数量波动的平均值，波动中的生物，在某些特定条件下可能出现种群爆发） 种群增长模型 建构种群增长模型的方法 Lavf58.51.100 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $