1.2 种群数量的变化（情境任务式课件）（2大任务）生物人教版选择性必修2

1.2 种群数量的变化 第一章 种群及其动态 本课以“龟缸小球藻爆发”的生活化情境为起点，通过“数学推导→曲线建构→实验验证→生活应用”的递进任务链，引导学生在解决“水为什么变绿”这一真实问题的过程中，亲历从现象到模型、从模型到验证的完整科学思维过程，实现数学模型建构能力的落地。 1 情境导入 “阳台上的小球藻危机”——一次来自生活角落的种群观察 “我家龟缸刚换水时水是清澈的，但过了大概一周，水就变得又绿又浑。我数了数缸壁上的藻，好像每两天就多一倍。这些小球藻到底是怎么增长的？我该怎么安排换水频率才能既保持水质又不伤害乌龟？” 小球藻为什么会“几天就多一倍”？如果我们能描述和预测它的数量变化规律，是不是就能帮主人找到最佳换水方案？ 学习目标 重点 重难点 种群增长的“J”形和“S”形曲线 建构种群增长模型的方法 探究培养液中酵母菌种群数量的变化 任务一：小球藻为什么增长得这么快？——建构种群增长模型的方法 1 4 任务一：小球藻为什么增长得这么快？ 任务探究 即时演练 探究新知 环节1：从“一个藻”到“一缸藻”——数学推导的起点 假设龟缸里最初只有1个小球藻，小球藻通过分裂生殖繁殖，每2天分裂一次（即每2天数量翻一倍）。请学生填写下表： 时间（天） 0 2 4 6 8 10 …… t 小球藻数量 1 2 4 8 思考：t天后小球藻的数量怎么用公式表示？ Nt = N0 λ t 任务一：小球藻为什么增长得这么快？ 任务探究 即时演练 探究新知 环节2：从“公式”到“曲线”——模型的可视化 如果把这个公式画成曲线，横坐标是时间，纵坐标是种群数量，曲线会是什么形状？请学生根据表格数据在坐标纸上描点画图。 任务一：小球藻为什么增长得这么快？ 任务探究 即时演练 探究新知 环节3：归纳建模方法 1、数学模型： 2、数学模型的表现形式： 3、建构数学模型的意义：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 优 局限性 数学公式 曲线图 精确 不够直观 能直观地反映变化趋势 不够精确 Nn= 1*2n 任务一：小球藻为什么增长得这么快？ 任务探究 即时演练 探究新知 环节3：归纳建模方法 任务二：小球藻真的会无限增长吗？——“J”形曲线与“S”形曲线 2 9 任务二：小球藻真的会无限增长吗？ 任务探究 即时演练 探究新知 环节1：“J”形增长的条件与特征 1.根据我们刚才的公式，如果小球藻一直按这个速度繁殖，30天后会有多少？ 215≈32768个 2.公式成立的前提是什么？ 理想条件——食物和空间充裕，气候适宜，没有天敌和其他竞争物种等条件下，种群的数量每年以一定的倍数增长，第二年的数量是第一年的λ倍。 任务二：小球藻真的会无限增长吗？ 任务探究 即时演练 探究新知 环节1：“J”形增长的条件与特征 ①公式： ②曲线式： 时间(t) 种群数量Nt t ——时间 Nt——表示t年后该种群的数量 N0——起始数量 λ——每一代种群数量是前一代的倍数 Nt=N0 λt 种群的增长率是一定的；种群数量没有上限； 3、增长特点： 任务二：小球藻真的会无限增长吗？ 任务探究 即时演练 探究新知 环节2：“S”形增长的引入 1.龟缸的空间是有限的，小球藻不能无限增殖。如果龟缸最多能容纳约5000个小球藻（受光照面积、营养物质和代谢产物积累的限制），那么小球藻的数量增长曲线会变成什么样？ ①初始阶段（藻很少时），增长和“J”形曲线有什么相似之处？ ②随着小球藻数量增多，增长速度会一直加快吗？ ③当数量接近龟缸能容纳的上限时，增长速度会怎样？ 任务二：小球藻真的会无限增长吗？ 任务探究 即时演练 探究新知 环节2：“S”形增长的引入 资源和空间丰富，种群数量增长迅速； ab段: 出生率 死亡率 ＞ bc段: 资源和空间有限，种群密度 ，种内竞争 ， 死亡率 ，出生率 ，种群增长 ； 出生率 死亡率 加剧 减缓 ＞ 上升 下降 c点后: 出生率 死亡率 ≈ 增大 任务二：小球藻真的会无限增长吗？ 任务探究 即时演练 探究新知 环节2：“S”形增长的引入 1、K值（环境容纳量） 一定环境条件(在环境条件不受破坏的情况下)所能维持（不是达到）的种群最大数量 任务二：小球藻真的会无限增长吗？ 任务探究 即时演练 探究新知 环节2：“S”形增长的引入 如果主人希望减少换水频率，可以通过什么方式降低K值？ 减少光照（降低藻类光合作用）、增加乌龟的数量（增加捕食者）、减少喂食量（减少营养物质输入）等。 任务二：小球藻真的会无限增长吗？ 任务探究 即时演练 探究新知 环节3：种群数量的波动和下降 年间波动 ②但大多数生物的种群来说，种群数量总是在波动中。 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。 季节性波动 任务二：小球藻真的会无限增长吗？ 任务探究 即时演练 探究新知 环节2：“S”形增长的引入 2、K/2值（K值的一半） 此时种群的增长速率达到最大 【特点】： 若横轴代表种群数量，则： 即时演练 任务探究 1．数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。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由某种原因导致该植物中只有约75%的种子能够发育成成熟植株；②该植物平均每株可产生400粒种子；③该植物为自花传粉植物。目前种子数量为a，则m年后该植物的种子数量N可以表示为(　　) A．400a×0.75m　　　　　 B．0.75a×400m C．a×300m D．300am C a×(75%×400)m＝a×300m 18 A．图1、图2都可以表示该种群在有限环境条件下的增长规律 B．图1中A点与图2中的C点对应 C．图1中B点与图2中的D点对应 D．图1、2中的B、C点都可以表示种群达到了环境容纳量 即时演练 任务探究 图1、2中表示种群达到了环境容纳量的点分别是B、D点 2．如图两种曲线表示同一生物在同样条件下的培养结果。以下分析错误的是(　　) D 19 任务三：探究培养液中酵母菌种群数量的变化 3 20 任务三：探究培养液中酵母菌种群数量的变化 任务探究 即时演练 探究新知 我们的“J”形和“S”形曲线是基于假设推导出来的，现实中种群数量变化到底符不符合这个规律？ 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：培养液中的酵母菌数量一开始类似“J”形增长；随着时间的推移， 酵母菌数量呈“ ”形增长。 3.实验设计 (1)变量分析：自变量： ；因变量： ；无关变量 等。 S 时间 酵母菌数量 培养液的浓度或体积、温度 任务三：探究培养液中酵母菌种群数量的变化 任务探究 即时演练 探究新知 材料用具：酵母菌菌种、无菌马铃薯培养液或者肉汤培养液、无菌水、试管、血细胞计数板、滴管、显微镜等． 任务三：探究培养液中酵母菌种群数量的变化 任务探究 即时演练 探究新知 血球计数板在显微镜下直接计数是一种常用的细胞计数法（抽样检测法），一般用于单细胞微生物数量的测定，由于血球计数板上的计数室盖上盖玻片后的容积是一定的，所以可根据在显微镜下观察到的细胞数目来计算单位体积的细胞的总数目。 任务三：探究培养液中酵母菌种群数量的变化 任务探究 即时演练 探究新知 计数室 计数室 任务三：探究培养液中酵母菌种群数量的变化 任务探究 即时演练 探究新知 计数室（中间大方格）的长和宽各为1mm，深度为0.1mm，其体积为______mm3 ，合_________mL。 0.1 1×10-4 任务三：探究培养液中酵母菌种群数量的变化 任务探究 即时演练 探究新知 任务三：探究培养液中酵母菌种群数量的变化 任务探究 即时演练 探究新知 A1 A2 A4 A3 1mL样品中酵母菌数= A1+A2+A3+A4 4 ×16 ×1000 ×10 ×稀释倍数 1个中方格中的平均酵母菌数 1个大方格（0.1mm3） 中的酵母菌数 1mm3培养液中酵母菌数 1ml培养液中酵母菌数 任务三：探究培养液中酵母菌种群数量的变化 任务探究 即时演练 探究新知 1mL样品中酵母菌数= A1+A2+A3+A4+A5 5 ×25 ×1000 ×10 ×稀释倍数 1个中方格中的平均酵母菌数 1个大方格（0.1mm3） 中的酵母菌数 1mm3培养液中酵母菌数 1ml培养液中酵母菌数 A1 A2 A3 A4 A5 任务三：探究培养液中酵母菌种群数量的变化 任务探究 即时演练 探究新知 如图所示是培养液稀释100倍后的镜检结果，如果中方格内的大肠杆菌数刚好是五点取样平均数，则1 mL该培养液中大肠杆菌的数量约为_____________。 4 ×108 任务三：探究培养液中酵母菌种群数量的变化 任务探究 即时演练 探究新知 任务三：探究培养液中酵母菌种群数量的变化 任务探究 即时演练 探究新知 将盖玻片放在计数室上 静置数分钟，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，计数一个小方格内酵母菌数量。 计数操作： 1.盖片 2.加酵母菌培养液 3.镜检计数 锥形瓶轻轻振荡几次，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， 任务三：探究培养液中酵母菌种群数量的变化 任务探究 即时演练 探究新知 思考1：为什么不能先加培养液再盖盖玻片？（盖、滴边、自行渗入） 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。 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小而造成误差。 任务三：探究培养液中酵母菌种群数量的变化 任务探究 即时演练 探究新知 增长曲线的总趋势是先增加再降低。原因是在开始时培养液的营养充足、空间充裕、条件适宜，因此酵母菌大量繁殖，种群数量剧增，随着酵母菌数量的不断增多，营养物质大量消耗、培养液pH变化、有害代谢产物积累等，生存条件恶化，酵母菌死亡率高于出生率，种群数量下降。 即时演练 任务探究 1．为了探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化，某同学进行了如下操作，其中正确的是(　　) A．将适量干酵母放入装有一定浓度葡萄糖溶液的锥形瓶中，在适宜条件下培养 B．将培养液静置一段时间后，用吸管从锥形瓶中吸取一定量的培养液 C．在血细胞计数板中央滴一滴培养液，盖上盖玻片，并用滤纸吸去边缘多余培养液 D．将计数板放在载物台中央，立即在显微镜下观察、计数 A 34 课后作业 1.选择一个你生活中可以持续观察的种群现象，例如：家中花盆里某种杂草的生长、阳台水培植物容器中藻类的繁殖、学校水池中浮萍的扩散、冰箱中面包霉斑的扩大等。 2.连续观察5—7天，每天同一时间记录该种群的个体数量（或覆盖面积、密度等可量化的指标），填写数据记录表。 3.根据数据绘制种群数量变化曲线，判断它更接近“J”形还是“S”形，并写出你的分析（包括：增长条件是什么？有没有限制因素？有没有观察到K值？）。 这就解释了为什么“常规杀菌方法难以根除”——蓝细菌是原核细胞生物，不是一般意义上的“菌”，且它与环境中的营养物质富集有关，是生态问题，不仅是杀菌问题。 随堂小练 1．下列关于探究培养液中酵母菌种群数量的变化实验的操作，正确的是 (　　) A．改变培养液的pH不影响K值的大小 B．培养酵母菌时，必须去除培养液中的溶解氧 C．为保证数据准确，对培养后期的培养液计数前不能做稀释处理 D．酵母菌种群数量在不同时间的增长速率可能相同 D 36 随堂小练 2．将10 mL酵母菌培养液放在适宜的温度下培养，并于不同时间内等量均匀取样4次，分别测定样品中酵母菌的数量和pH，结果如下表所示。据表分析不正确的是(　　) 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．培养过程中酵母菌始终出生率>死亡率 B．样品的取样先后顺序为2、4、1、3 C．对酵母菌而言，10 mL该培养液的环境容纳量可能为1. 21×107个 D．若进行第5次均匀取样，10 mL样品中的酵母菌数量有可能低于1. 21×107个 A 37 下节再见 38 $