1.2种群数量的变化课件-2026-2027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，涵盖数学模型建构、“J”形与“S”形增长及酵母菌种群实验，通过细菌分裂问题导入，引导学生逐步掌握模型步骤、公式推导及曲线分析，形成从理论到实践的学习支架。 其亮点在于以情境探究（如环颈雉引入、高斯实验）和实验操作（酵母菌计数）为核心，结合科学思维（建模、曲线比较）与探究实践（实验步骤、误差控制），通过辨析题和例题强化理解，助力学生提升分析能力，教师可高效开展教学。

第2节 种群数量的变化 课标要求 学习目标 核心内容 1.尝试建立数学模型解释种群的数量变动 2.探究培养液中某种酵母菌种群数量的动态变化 1.分析细菌数量增长的实例,及通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化,学会建构数学模型的方法及其应用 2.举例说明种群的“J”形增长、“S”形增长、波动等数量变化及条件 3.阐明环境容纳量原理在实践中的应用 1.种群的“J”形增长、“S”形增长 2.培养液中酵母菌种群数量的变化 主题一 建构种群增长的数学模型 主题二 种群数量的变化 目录索引 主题三 培养液中酵母菌种群数量的变化 主题一 建构种群增长的数学模型 基础知识•落实 建构种群增长模型的方法 数学 提出问题 假设 性质 实验或观察 检验或修正 阅读教材P7~8文本、“建立数学模型”,回答下列问题。 【微思考】 [教材P8“旁栏思考”]数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式,包括数学公式、曲线图等。其中_直观但不够精确, _精确但不直观。除了数学模型我们还学过_ 。 曲线图 数学公式 物理模型、概念模型 结论要语辨一辨 (1)资源和生存空间无限时,细菌种群的增长不会受种群密度增加的制约。 ( ) (2)根据实验数据,用适当的数学形式对事物的性质进行表达:Nn=N0 2n,这属于数学模型。( ) (3)数学模型建立后,还需要进一步实验或观察,对模型进行检验或修正。 ( ) √ √ √ 情境探究•提升 资料 (教材P7“问题探讨”)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就通过二分裂繁殖一代。 (1)根据假设计算出1个细菌在不同时间产生后代的数量,记录在表格中。 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 (2)如果用N表示细菌数量,第一次分裂产生的细菌为第一代,写出第n代细菌数量的计算公式。 N=2n (3)根据表格中得到的数据,以时间为横坐标,细菌数量为纵坐标,在下面坐标图中画出细菌种群的增长曲线。 (4)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?分析其原因。 不会;因为培养瓶中的营养物质和空间都是有限的。 对点应用•突破 基础转化点1 建构种群数量变化的数学模型 AI解读数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式,建构种群数量变化的数学模型的基本步骤:①定时调查或测定某种群的个体数量。②根据不同时期种群数量,用适当的数学形式进行表达,即建立数学模型。③通过进一步的实验或观察,对模型进行检验或修正。 1.下列与种群数量模型有关的叙述,错误的是( ) A.数量增长曲线比数学公式更能精确地反映种群数量的增长情况 B.建立种群增长的数学模型一般不需要设置对照实验 C.在数学建模过程中也常用到假说—演绎法 D.建构相应的模型后需通过实验或观察等进行检验或修正 A 解析 数学公式的优点是精确,缺点是不直观,相比于数学公式,曲线图能直观地反映变化趋势,但不精确,所以数量增长曲线比数学公式更能直观地反映种群数量的增长情况;建立种群增长的数学模型时,研究的是种群数量随时间推移的变化,一般不需要设置对照实验;在数学建模过程中也常用到假说—演绎法,且建构相应的模型后需要通过实验或观察等进行检验或修正。 2.调查发现某种一年生植物(当年播种、当年开花结果)的种群中存在下列情形:①由于某种原因,该植物中大约只有80%的种子能够发育为成熟植株;②该植物平均每株可产生500粒种子;③该植物为自花传粉植物。 目前种子数量为a,不考虑其他限制因素,则m年后该植物的种子数N可以表示为( ) A.500a 0.8m B.0.8a 500m C.a 400m D.400am C 解析 据题意可知,初始数量为a,则该种群一年后种子的数量为a 80% 500,则两年后种子的数量为a 80% 500 80% 500=a (80% 500)2,三年后种子的数量为a 80% 500 80% 500 80% 500= a (80% 500)3,依此类推,m年后种子的数量为a (80% 500)m=a 400m。 主题二 种群数量的变化 基础知识•落实 1.种群的“J”形增长 食物和空间 Nt=N0 t 起始数量 阅读教材P8~9文本,结合“图1-5大草履虫种群的增长曲线”,回答下列问题。 2.种群的“S”形增长 资源 空间 K值 (3)环境容纳量(K值):一定的环境条件所能维持的种群_。同一种群的K值_固定不变的,会受到环境等因素的影响。当环境遭到破坏时,K值会_;当环境条件状况改善时,K值会_。 最大数量 不是 下降 上升 3.种群数量的波动 (1)对于大多数生物来说,种群数量总是在_中。处于波动状态的种群,在某些特定条件下可能出现_。 (2)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_。 (3)当一个种群的数量过少,种群可能会由于_等而衰退、消亡。 波动 种群爆发 下降 近亲繁殖 结论要语辨一辨 (1)在理想条件下,影响种群数量增长的主要因素是环境容纳量。( ) (2)种群数量增长不是“J”形增长就是“S”形增长。( ) (3)外来入侵物种进入一个新环境中必定表现为“J”形增长。( ) (4)不同种生物的K值各不相同,但每种生物的K值不变。( ) (5)“J”形增长是发生在自然界中最为普遍的种群增长模式。( ) (6)种群数量达到K值以后,种群受食物、空间等因素的限制,增长速率为零,种群数量不再发生变化。( ) 情境探究•提升 资料1 (教材P8“思考 讨论”)20世纪30年代,人们将环颈雉引入某一个岛屿。1937—1942年,这个种群数量的增长曲线如图所示。请回答下列问题。 (1)环颈雉种群数量的增长曲线近似“J”形,原因是_。 食物和空间条件充裕、没有天敌和竞争物种、气候适宜等 (2)写出“J”形增长曲线的数学模型(以数学公式表示),并解释各字母的含义。 (3)种群数量变化符合Nt=N0 t时,种群的增长曲线_(填“一定”或“不一定”)是“J”形,理由是_。 Nt=N0 t。其中:N0为该种群的起始数量,t为时间,Nt表示t年后该种群数量, 表示该种群数量是前一年种群数量的倍数(增长倍数)。 不一定 当 <1时,种群数量会逐渐减少;当 =1时,种群数量保持相对稳定;当 >1且为定值时,种群数量增多,曲线呈“J”形 资料2 (教材P9正文)生态学家高斯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。实验结果如下: (4)高斯的实验中,大草履虫种群数量没有出现“J”形增长,原因是_。 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 (5)用文字和箭头建构“S”形增长曲线形成原因的概念图。 资源和空间相对充裕 种群数量快速增长 当种群数量增加到一定值时 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 死亡率与出生率相等时,种群数量稳定在一定的水平。 (6)“S”形增长曲线的增长特点有_。 (7)种群数量呈现“S”形增长时,种群增长速率最快时的种群数量约为_。 (8)结合下图分析,环境容纳量(K值)是图中的_。 种群数量增长先由慢变快,再由快变慢,最后不再增长,种群数量维持相对稳定状态 K/2 K2 资料3 增长率=(现有个体数-原有个体数)/原有个体数 100%(无单位);增长速率=(现有个体数-原有个体数)/增长时间(有单位,如个/年)。 (9)请在下图中建构“J”形和“S”形增长种群的增长率和增长速率的曲线模型。 基础转化点2 “J”形曲线和“S”形曲线分析 AI解读抓关键点:①当 >1且为定值时,种群数量呈现“J”形增长;当 >1且先增大到一定值之后再逐渐减小时,种群数量呈现“S”形增长。②食物和空间条件充裕、气候适宜、没有天敌和竞争物种等条件下,种群可呈现“J”形增长;在有限的资源和空间条件下,种群的初始增长较快,而随着种群数量的增多,种内竞争加剧,种群的出生率下降,死亡率上升,当二者相等时,种群数量趋于稳定,此为“S”形增长。③一定的环境条件所能维持的种群最大数量称作环境容纳量,即K值。K值随着环境条件的变化而变化。 对点应用•突破 3.20世纪30年代,环颈雉被引入美国的一个岛屿后,初期其种群数量的增长如图实线所示。下列相关叙述正确的是( ) C A.可用样方法调查环颈雉的种群密度 B.图中5年内环颈雉种群数量增长曲线出现弯折是绘制失误造成的 C.环颈雉种群数量的增长曲线近似“J”形(Nt=N0 t),其中 >1 D.环颈雉的种群增长率曲线也为“J”形 解析 环颈雉的活动能力强、活动范围大,调查其种群密度可采用标记重捕法,A项错误。由于环境条件的影响(环颈雉的越冬死亡降低了每年春季所观察到的种群数量),环颈雉种群数量增长曲线出现弯折,B项错误。由题图实虚线分析可知,环颈雉种群数量的增长曲线近似“J”形(Nt=N0 t),种群数量上升,说明 >1,C项正确。环颈雉的增长曲线近似“J”形,故其增长率大致不变,D项错误。 4.自然界中生物种群增长曲线总是呈“S”形。假设环境条件允许的种群数量最大值(环境容纳量)为K,一个个体所占用的环境条件用1/K来表示,种群现有N个个体,下列叙述错误的是( ) A.供种群继续增长的环境条件可用(1-N/K)来表示 B.当N=K/2时,种群增长速率最大 C.当N=K时,种群数量不再变化 D.达到K值前,种群的增长率与种群密度呈负相关 C 解析 一个个体所占用的环境条件用1/K来表示,种群现有N个个体,占用的资源为N/K,供种群继续增长的环境条件可用(1-N/K)表示,A项正确。“S”形曲线中,当N=K/2时,种群增长速率最大,B项正确。当N=K时,种群数量达到环境容纳量,种群数量维持相对稳定,在K值上下波动,如果环境遭到破坏,种群数量会下降,C项错误。达到K值前,种群的增长率与种群密度呈负相关,达到K值时,增长率为0,D项正确。 5.如图中曲线X和曲线Y代表两种种群数量变化模型。若不考虑迁入和迁出,下列有关叙述正确的是( ) A.曲线X超过K值后,种群增长速率减慢 B.曲线Y上BC段的种群密度大于AB段 C.自然条件下,种群数量达到K值后就不会再增加 D.BC段种群增长速率逐渐上升,出生率大于死亡率 B 解析 据题图可知,曲线X为“J”形增长曲线,没有K值;曲线Y为“S”形增长曲线,AC段种群数量在持续增加,因此,BC段种群密度大于AB段;自然条件下,种群数量达到K值后,会围绕K值上下波动;BC段种群增长速率逐渐下降,出生率大于死亡率。 基础转化点3 对 和增长速率的理解和应用 AI解读① 为增长倍数, -1=出生率-死亡率;当 >1时,种群数量增多,反之,则减少;当 ≈1时,种群数量保持相对稳定。②增长速率为单位时间内种群数量的变化值,在“J”形增长中,增长速率逐渐增大;在“S”形增长中,增长速率先增大后减小,种群数量为K/2时,种群增长速率最大,种群数量为K值时,种群增长速率约为0。 6.图1是某种农业害虫迁入新环境后种群增长速率(单位时间内种群数量的改变量)随时间的变化曲线,图2为另一个种群中, 值随时间的变化曲线(不考虑迁入、迁出的影响)。下列有关叙述错误的是( ) A.图1中t1~t2时期与图2中b~d时期,种群年龄结构都是增长型 B.图1中为有效防治此农业害虫,应在t2之前及时控制其种群密度 C.由图1可知,此农业害虫迁入这个新环境后呈“S”形曲线增长 D.此农业害虫的种群数量达到K值后,种群数量将一直保持相对稳定 图1 图2 A 解析 图1中t1~t2时期,种群增长速率逐渐增大,且大于0,说明种群数量增长,因此该时期种群的年龄结构为增长型;图2中b~c时期, <1,种群数量逐渐减少,因此该时期种群的年龄结构为衰退型,c~d时期, >1,种群数量逐渐增多,该时期种群的年龄结构为增长型,A项错误。图1中t2对应K/2,此时的增长速率最快,为有效防治此农业害虫,应在t2之前及时控制其种群密度,B项正确。图1为某种农业害虫迁入新环境后的种群增长速率变化曲线,趋势是先增加后减少至0,对应种群数量的“S”形增长曲线,C项正确。此农业害虫的种群数量达到K值后,种群数量将一直保持相对稳定,D项正确。 7.如图表示某物种迁入呼伦贝尔草原后的种群增长速率的变化,经调查,第5年时的种群数量为200只。下列有关分析正确的是( ) A.该物种迁入呼伦贝尔草原后种群数量呈“J”形增长 B.理论上该种群在此草原中的环境容纳量约为400只 C.由于天敌、有限的生活空间和资源等,第5年到第9年种群数量减少 D.若该物种为东方田鼠,在第5年时进行防治效果最好 B 解析 由题图可知,该种群增长速率先增大后减小,符合“S”形增长的特点,A项错误。由题意可知,第5年种群增长速率最大,种群数量为K/2(200只),所以,理论上该种群在此草原中的环境容纳量约为400只,B项正确。第5年到第9年种群增长速率大于0,所以第5年到第9年种群数量是增加的,C项错误。防治有害动物应该在种群数量达到K/2之前进行,在第5年时种群数量为K/2,种群增长速率最大,此时进行防治比较困难,D项错误。 主题三 培养液中酵母菌 种群数量的变化 基础知识•落实 阅读教材P11“培养液中酵母菌种群数量的变化”,回答下列问题。 1.实验原理:用液体培养基培养酵母菌,种群的增长受_等因素的影响。 2.检测方法 采用_的方法:先将盖玻片放在_的计数室上,用吸管吸取培养液,滴于_,让培养液自行渗入,多余的培养液用滤纸吸去。稍待片刻,待酵母菌_,将计数板放在载物台的中央,计数一个小方格内的酵母菌数量,再以此为根据,估算试管中的酵母菌总数。 培养液的成分、空间、pH、温度 抽样检测 血细胞计数板 盖玻片边缘 全部沉降到计数室底部 3.完善实验过程 (1)将10 mL _或_加入试管中。 (2)向试管中的培养液接种酵母菌并混合均匀。 (3)将试管置于适宜条件下连续培养。 (4)每天采用_取样计数酵母菌数量。 (5)分析结果、得出结论。 菌马铃薯培养液 肉汤培养液 抽样检测法 【微思考】 (1)为避免将死亡的酵母菌计数在内,区分活菌和死菌时可采用的方法是_ 。 (2)该实验不需要设置对照实验,因_不同,可形成相互对照。该实验_(填“需要”或“不需要”)做平行组或重复实验。 台盼蓝染色法 取样时间 需要 结论要语辨一辨 (1)若酵母菌密度过大,应当先稀释。( ) (2)血细胞计数板的盖玻片要在滴入培养液后盖好。( ) (3)对培养液中的酵母菌进行计数时,通过多次计数取平均值的方法可减小实验误差。( ) (4)对一支试管中的培养液内的酵母菌逐个计数是非常困难的,通常采用抽样检测的方法。( ) (5)从试管中吸出培养液进行计数之前,应先将试管轻轻振荡几次,这样做是为了让酵母菌全部沉降到试管底部。( ) (6)待酵母菌全部沉降到计数室底部再开始计数。 ( ) √ √ √ √ 情境探究•提升 资料1 血细胞计数板是一块比普通载玻片厚的特制玻片。它由四条下凹的槽构成三个平台。中间的平台较宽,它的中间被一个短横槽隔为两半,每个半边上刻有一个方格网(如图A)。每个方格网上有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。 (1)计数室的长和宽各为1 mm,深度为0.1 mm,容积为_ mm3。计数室通常有两种规格,一种是大方格分为25个中方格,每个中方格又分为16个小方格;另一种是大方格分为16个中方格,每个中方格又分为25个小方格。这两种规格的计数室,每个大方格都由_个小方格组成。 0.1 400 (2)从试管中吸出培养液进行计数之前,建议将试管轻轻振荡几次。这样做的原因是_。 (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。这样做的原因是_。 使培养液中的酵母菌分布均匀,以减小实验误差 如果酵母菌未全部沉降到计数室底部,通过显微镜观察时,就可能出现以下现象:要么能看清酵母菌但看不清格线,要么能看清格线但看不清酵母菌 (4)如果一个小方格内酵母菌过多,难以数清,应当采取的措施是_。 当小方格中的酵母菌过多时,可以增大稀释倍数然后再计数,即计数前摇匀 取样 稀释 计数 资料2 利用培养液培养酵母菌的实验结果如图所示,请据图回答下列问题。 (5)在培养的起始阶段(AB段),酵母菌的种群数量接近“_”形增长,其原因是该阶段_。 (6)在AD段,酵母菌种群数量的增长倍数( )的变化是_,且 ≥1;在BC段,酵母菌种群的年龄结构属于_;在CD段,种群的出生率_ (填“>”“<”或“≈”)死亡率。 (7)在DE段,酵母菌数量下降,对此合理的解释是_。 J 营养物质充裕,环境阻力小 先增大后减小 增长型 ≈ 营养物质消耗、有害代谢产物积累、pH改变等导致种群的死亡率升高、出生率降低,进而导致种群数量下降 对点应用•突破 基础转化点4 调查酵母菌种群数量变化的方法及结果分析 AI解读调查培养液中酵母菌的数量时,可利用血细胞计数板进行计数。在抽样检测时需注意:①每次取样时需将培养液混匀后取样;②将吸取的培养液滴于盖玻片边缘,让培养液自行渗入,待酵母菌全部沉降到计数室底部,才可进行计数;③计数时遵循样方法的计数规则。 8.某兴趣小组将酵母菌接种到装有10 mL培养液的试管中,通气培养并定时取样,稀释100倍后采用规格为16 25的血细胞计数板计数,计数后发现,试管中酵母菌的总数达到m时,种群数量不再增加。下列说法不正确的是 ( ) A.使用血细胞计数板计数时,应先在盖玻片边缘滴加培养液 B.该酵母菌种群增长曲线呈“S”形,种群数量为m时,种群增长速率为0 C.若某时刻中方格细胞的平均数量为25个,则培养液中酵母菌细胞的数目约为4 109个 D.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且需要设计空白对照组 D 解析 使用血细胞计数板计数时,应先盖上盖玻片,然后在边缘滴加培养液,让培养液自行渗入,A项正确。该酵母菌种群增长曲线呈“S”形,种群数量为m时,种群增长速率为0,B项正确。血细胞计数板的规格是16 25,说明其含有16个中方格,中方格细胞的平均数量为25个,则计数室内含有的酵母菌数量为25 16=400(个),计数室的体积是0.1 mm3,且培养液稀释了100倍,因此每毫升培养液中的酵母菌数量为25 16 104 100=4 108(个),又因为培养液的体积为10 mL,因此培养液中酵母菌的数目约为4 109个,C项正确。该实验不需要设置空白对照组,实验中存在前后自身对照,D项错误。 突破点2 实验结果的分析 9.在探究“培养液中酵母菌种群数量的变化”实验中,某同学将10 mL酵母菌培养液放在适宜的条件下培养,并间隔相同时间分别等量均匀取样4次,测定样液的pH和酵母菌数量如下表所示。据表分析,下列叙述错误的是 ( ) 样品 酵母菌数量/(个 mm-3) pH 1 1 210 4.8 2 820 5.4 3 1 210 3.7 4 1 000 5.0 A.取样的先后次序为2、4、1、3 B.10 mL培养液的K值可能为1.21 107个 C.培养过程中酵母菌的出生率始终大于死亡率 D.若再次取样测定,10 mL培养液中的酵母菌数量有可能低于1.21 107个 C 解析 酵母菌进行细胞呼吸会产生二氧化碳,使培养液的pH下降,根据pH可以确定取样的先后次序为2、4、1、3,A项正确。据表中数据可知,酵母菌的数量在样品1和样品3中相等且达到最大值,10 mL培养液的K值可能为1 210 1 000 10=1.21 107(个),B项正确。从表中数据可知,酵母菌的数量在样品1和样品3中相等,说明对应的培养过程中酵母菌的出生率等于死亡率,C项错误。随着培养时间的延长,营养物质逐渐减少,有害代谢产物大量积累,培养液pH发生改变,可能会导致酵母菌的数量减少,若再次取样测定,10 mL培养液中的酵母菌数量有可能低于1.21 107个,D项正确。 课堂小结 本 课 结 束 $