1.2 种群数量变化 课件 2025—2026学年高二上学期生物人教版选择性必修2

严重性：缺硒地区占国土面积72% 硒元素在中国具有重要意义 富硒产品品类丰富多样 硒，人体必需的微量矿物质，被誉为“生命的火种”和“抗癌之王”。富硒产品通过微生物（酵母菌）转化法，将无机硒转化为更利于人体吸收的有机硒，从而带来多方面的健康益处。 京津冀地区的土壤硒含量普遍低于这个全国平均水平（0.29 mg/kg）。特别是河北中部、北部以及天津部分区域（0.1 mg/kg以下），属于典型的缺硒甚至严重缺硒土壤。 第1章 种群及其动态 第2节 种群数量的变化 核心问题： 如何科学有效的提高富硒酵母菌的数量？ 问题1：酵母菌种群数量如何变化？ 任务一：探究酵母菌种群数量变化 图示为酵母菌通过出芽生殖的方式进行增殖的过程，增殖后一般是一分为二。有研究表明，酵母菌在环境适宜、营养充足、生存空间没有限制的情况下，每2小时繁殖一代。 1. 请你根据资料计算出1个酵母菌在不同时间产生后代的数量，完善学案中 的表格，并预测酵母菌繁殖第t代种群数量是多少，写出计算公式。 （注：酵母菌分裂一次为一代，以Nt表示第t代种群数量，t表示第几代。） 2. 以时间为横坐标，酵母菌数量为纵坐标，画出酵母菌种群的增长曲线。 问题1：酵母菌种群数量如何变化？ 任务一：探究酵母菌种群数量变化 时间(h) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 分裂次数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 数量(个) 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 一个酵母菌繁殖第t代，种群数量为多少？ Nt=1×2t (注：Nt表示第t代种群数量，t表示第几代） 问题1：酵母菌种群数量如何变化？ 任务一：探究酵母菌种群数量变化 以时间为横坐标，酵母菌数量为纵坐标，画出酵母菌种群的增长曲线。 “J”形增长曲线 问题1：酵母菌种群数量如何变化？ 数学公式 曲线图 描述、解释和预测种群数量的变化。 是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。 Nt＝ 1×2t 精确，但不够直观 直观，但不够精确 数学模型 表现形式 意义 任务二：总结构建种群增长数学模型的方法 问题1：酵母菌种群数量如何变化？ 任务二：总结构建种群增长数学模型的方法 酵母菌每2小时分裂一次， 繁殖t代后的数量是多少？ 资源和空间充足，细菌种群的增长不受种群密度增加的影响 推导公式，绘制曲线 观察、统计酵母菌数量，对自己建立的模型进行检验或修正 研究对象，提出问题 推出合理的假设 根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达 通过进一步实验或观察等对模型进行检验或修正 模型准备 模型假设 模型建立 模型修正 回顾酵母菌种群增长的数学模型构建过程，总结构建数学模型的一般步骤。 问题1：酵母菌种群数量如何变化？ 任务二：总结构建种群增长数学模型的方法——模型检验和修正 兴趣小组将少量酵母菌接种到恒定容积的培养基中，每3h更换一次培养液，每隔3h取样并用比浊法测定 OD600值（光密度值，能够间接反映发酵液中的菌体浓度），其数量随时间的变化绘制如图。（1 × 10⁷ 个/mL 的细胞密度，其OD600值大约在 0.1 左右，将数量进行换算。） 实验数据与构建模型基本一致 Nt=N0·2t 实际中酵母菌繁殖第t代，种群初始数量肯定不止一个（N0），修正种群数量模型。 如何设计实验，保证酵母菌持续获得充足营养呢？ Nt=N0·λt 问题1：酵母菌种群数量如何变化？ 总结：种群的“J”形增长的发生条件、数学公式 理想条件——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。 1.条件 2. 数学公式 （N0为该种群的起始数量， t为时间，Nt表示t年后该种群的数量，λ表示该种群数量是前一年种群数量的的倍数。） t年后种群的数量为 Nt=N0×λt N0 （λ＞1，且不变） 当λ满足什么条件时，种群一定呈“J”形增长？ 问题1：酵母菌种群数量如何变化？ 总结：种群的“J”形增长的增长特点 种群的增长速率是如何变化的？ 增长速率= 现有个体数 原有个体数 - 增长时间 种群的增长速率越来越快 问题1：酵母菌种群数量如何变化？ 种群增长的实例：富硒酵母菌发酵——初期 种群迁入一个适宜的新环境时，常常在一定时期内出现接近J型增长 富硒酵母菌SY2生长初期 富硒酵母菌种群数量的会随时间的延长无限增大吗？ 问题1：酵母菌种群数量如何变化？ 自然界种群增长的实例：富硒酵母菌发酵 K值（环境容纳量） 富硒酵母菌SY2生长动力学曲线 问题1：酵母菌种群数量如何变化？ 任务三：分析富硒酵母菌种群增长的特点和形成原因 请用AI生成式交互网页，获取富硒酵母菌种群数量变化曲线及公式。 请分析随时间延长，富硒酵母菌种群增长速率呈现出了什么样的特点？ 绘制出该增长曲线对应的种群增长速率曲线图，并在增长曲线图中标出增长速率的最大点。 请解释增长速率和增长曲线变化的原因。 富硒酵母菌SY2生长动力学曲线 问题1：酵母菌种群数量如何变化？ 任务三：分析富硒酵母菌种群增长的特点和形成原因 请用AI生成式交互网页，获取富硒酵母菌种群数量变化曲线及公式 请分析随时间延长，富硒酵母菌种群增长速率呈现出了什么样的特点？ 绘制出该增长曲线对应的种群增长速率曲线图，并在增长曲线图中标出增长速率的最大点。 请解释增长速率和增长曲线变化的原因。 富硒酵母菌SY2生长动力学曲线 AI生成式交互网页分析结果： 问题1：酵母菌种群数量如何变化？ 总结种群“S”形增长的特点和形成原因 增长特点 K值 时间 种群数量 资源和空间丰富，出生率升高，种群数量增长迅速。出生率>死亡率 种群基数小，需要适应新环境，增长较缓慢；出生率>死亡率 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>死亡率 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。出生率=死亡率 A B C D E 硒胁迫，合成新的酶和转运蛋白，消耗能量 富硒代谢系统高效运转。 营养物质和硒源充足， 有害代谢物积累很少。 K/2 问题1：酵母菌种群数量如何变化？ 总结种群“S”形增长的特点和形成原因 资源和空间有限，天敌的制约等 种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定的增长曲线， 称为“S”型曲线． 含义 条件 K值（环境容纳量）：一定的环境条件所能维持的种群最大数量 增长速率 同一个种群在增长过程中，其K值是否固定不变？ 问题1：酵母菌种群数量如何变化？ 任务四：建立“S”形曲线与“J”形曲线的联系 问题1：酵母菌种群数量如何变化？ 环境阻力越小，种群数量变化接近于“J”形曲线 任务四：建立“S”形曲线与“J”形曲线的联系 食物不足 空间有限 种内斗争 天敌捕食 气候不适 传染病等 环境阻力 被淘汰的个体数量 AI生成式交互网页分析结果： 实验结果： 问题1：酵母菌种群数量如何变化？ 你会直接根据模型的预测结果来改变工艺参数吗？ 问题1：酵母菌种群数量如何变化？ 你会直接根据模型的预测结果来改变工艺参数吗？ AI生成式交互网页分析结果： 实验结果： 理论参考 实验验证 问题2：如何有效的提高富硒酵母菌的数量？ 任务五：工业应用——酵母菌资源开发利用 通过“S”形增长曲线的学习，如何科学有效的提高富硒酵母菌的数量，从而提高有机硒产量呢？ 降低环境阻力→增大K值 采用补料-分批发酵技术 环境容纳量 选择对硒耐受性强、转化效率高、本身繁殖速度快的优良菌株。 λ值 选择合适的接种量。 初始种群量 富硒酵母菌SY2生长动力学曲线 （在K/2时） 吴永尧教授 他的团队早在20世纪90年代就开始系统性地从“世界硒都”湖北恩施等地的环境中，分离、筛选能够高效富集和转化硒的微生物（如酵母菌）。他们不仅获得了性能优良的菌株，更深入研究了这些微生物吸收、转化硒的生理机制，为后续的产业化应用奠定了坚实的科学基础。 吴信研究员 团队借助高通量筛选技术选育一株野生的米曲霉菌株A. oryzae A02，建立了米曲霉富硒发酵工艺，实现了硒有机转化和菌体蛋白积累相辅相成，使得A. oryzae A02菌体蛋白中总硒含量达到8462 ppm，超过了商业化富硒酵母的2-3倍。 以纳米硒为核心原料，开发纳米硒产品，并将其应用于生物医药、食品保健多个领域; 在肿瘤、脓毒症、消化系统疾病和神经系统疾病的临床辅助治疗中取得一定的临床疗效。 陈填烽教授 硒元素：从探索到创新的故事 从科学研究历程看，硒应用于临床治疗研发成功的关键因素有哪些？ 科学家 精神 K2 种群增长速率的变化 增长速率 0 逐渐增大 最大 逐渐减小 0 23 环境阻力 （生存斗争中被淘汰的个体数） “J”形增长与“S”形增长模型的比较： 环境阻力减小 环境阻力增大 “S”形增长是环境阻力作用下“J”形增长发展的结果 东北豹 千岛湖捕鱼盛况 对野生生物资源和濒危物种的保护: a.建立自然保护区 b.提高环境容纳量 对野生生物资源的利用: a.渔业捕捞应在 ; b.捕捞后种群数量维持在________ K/2以后 K/2左右 蝗灾的防治与监测 生物防治、化学防治、物理防治 对有害生物防治: b.在 捕杀。 a.降低环境容纳量; K/2前 蝗虫 自然环境条件下，种群数量总是在K值附近上下波动。 三、种群数量的波动：增加、下降、波动   “J”型曲线 “S”型曲线 环境条件 环境资源无限，食物（养料）、空间充裕，气候适宜，无敌害等 环境资源有限 增长（速）率 保持稳定不变（ λ为增长倍率） 随种群密度先上升，到K/2值时最高，然后逐渐下降，到K值时为0 有无K值 无K值 有K值 环境阻力 无 有 公式    ----------------------- Nt=N0λt 1.如何在实际操作中设置该实验的时间变量？ 通过预实验初步确认 活化 纯化 扩大培养 同时接种 8瓶同时接种，培养基体积相同，接种量相同，28 ℃、150 rpm/min， 分别培养图示小时后，取出依次放在4 ℃冰箱中保存，学生分小组同时计数。 培养时间/h: 0 3 6 9 12 15 18 21 酵母菌 实验——培养液中酵母菌种群数量的变化 阅读教材P11页，思考下列问题： 2.怎样培养酵母菌？ 培养瓶用微孔封口膜封口，28 ℃恒温，振荡培养。 避免杂菌污染 适于酵母菌出芽生殖 促进溶氧，利于酵母菌有氧呼吸 利于充分接触营养成分 气体流通 导流凹槽 两个计数室 所在区域 血细胞计数板俯面观 3. 如何利用血细胞计数板对酵母菌进行计数？ 血细胞计数板侧面观 31 边长1mm 边长1mm 计数室 中方格 小方格（400个） 大方格 每小方格面积为1/400 mm2 深度0.1mm 大方格：1mm×1mm×0.1mm；容积为0.1mm3 （0.0001ml） 计数室（400格）（16*25或25*16） 4. 该实验是否需要对照和重复实验？ 不需要设置对照组，酵母菌种群数量的变化在时间上形成相互自身对照， 单一培养液酵母菌的动态变化可能受实验环境以及温度，成分的变化，使得实验结果不具有代表性， 排除其他不相关因素的影响 重复实验 保证实验结果更精准 注意事项 （2）先盖盖玻片，再将培养液滴加于盖玻片边缘，让其自行渗入； 多余培养液用滤纸吸去。稍待片刻，待酵母菌细胞全部沉降到计数室底部，将计数板放在载物台的中央， 再进行计数。 （1）从试管中吸出培养液进行计数之前，要将试管轻轻振荡几次； 使酵母菌混合均匀 注意事项 对酵母菌菌液进行稀释 （3）酵母菌悬液的计数，以每小方格内含有4～5个酵母细胞为宜；如果小方格内酵母菌过多，应该采取怎样的措施？ 注意事项 （4）对于压在中方格界线上的酵母菌应怎样计数？ 计上不计下，计左不计右。 如果正在出芽，芽体大小达到或超过母细胞一半时，芽体可算1 个。 计数的包括活菌和死菌。可以用亚甲基蓝对菌体进行染色，被染成蓝色的是死菌，没有染色的是活菌。 计数的酵母菌都是活的吗？ 37 姓名 左上中格 右上中格 正中中格 左下中格 右下中格 平均值（个） 记录结果 若每个中格（一个计数室共25个中格）平均有酵母菌40个，用来计数的培养液稀释了100倍，请估算每1mL原始酵母菌培养液有酵母菌多少个？ 40×25÷0.1×1000×100 = 1×109（个/mL） 记录结果 随培养时间继续延长，培养液的环境容纳量会持续下降，酵母菌种群数量将下降。 思考： 以下操作会导致计数结果如何偏离实际值？ （1）用滴管从静置的酵母菌培养液中吸取培养液进行记数？ （2）若先滴加酵母菌菌液，再盖上盖玻片，进行计数？ （3）进行计数时，只计数样方线内的个体？ 偏大或偏小 偏大 偏小 探究培养液中酵母菌数量的动态变化 提出问题 作出假设 设计并实验 结果与结论 表达与交流 培养液（一定量）中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的？ 先S型增长后减少 实验的自变量、因变量和无关变量是什么？ 本实验有对照吗？ 时间； 数量； 初始培养液的量、N0、杂菌、温度等 自身（前后）对照；初始数量 怎样减少实验的误差？ 重复实验（分组重复求平均值） 如何控制自变量？检测因变量（酵母菌计数）？ 定期（7天）抽样检测 →样本计数采用显微镜直接计数法 实验结果应如何设计表格记录和处理？ 41 $