2021-2022学年高二上学期生物人教版必修三4.2种群数量的变化课件（56张）

(共56张PPT)
4.2
种群数量变化
1.说明建构种群增长模型的方法。
2.通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化，尝试建构种群增长的数学模型。
3.用数学模型解释种群数量的变化。
4.关注人类活动对种群数量变化的影响。
1.教学重点
尝试建构种群增长的数学模型，并据此解释种群数量的变化。
2.教学难点
建构种群增长的数学模型。
教学目标
教学重点和难点
在食物(养料)和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等理想条件下，种群的数量变化是怎样的呢？
思考
种群的研究核心就是种群的数量变化
问题探讨
在营养和生存空间没有限制的情况下，某种细菌每20min就通过分裂繁殖一代
在营养和生存空间没有限制的情况下，某1个细菌每20分钟分裂繁殖一代。讨论：
1、72小时后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？
2、n代细菌数量的计算公式？
Nn＝1×２n
解：n＝
60min
x72h／20min＝216
　　Nn＝2216
为了直观、简便地研究种群的数量变动的规律，数学模型建构是常用的方法之一。
用来描述一个系统或它的性质的数学形式
类型：
数学方程式法、
坐标曲线法
作用：具有解释、判断、预测种群数量等重要功能
观察研究对象，提出问题
提出合理的假设
通过进一步的实验或观察等，对模型进行检验或修正
根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达
种群数量以什么样的规律在增长?
如:细胞每20min分裂一次
在食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等条件下，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响。
观察、统计细菌的数量，对自己所建立的模型进行检验或修正
列出表格，根据表格画曲线，推导公式。
Nn＝２n
N代表细菌数量，n表示第几代
一、建构种群增长模型的方法
数学模型建构的一般过程
?
提出问题
?
作出假设
?
建立模型
?
模型的检验或修正
时间（min)
20
40
60
80
100
120
140
160
180
分裂次数
数量（个）
2
4
8
16
32
64
128
256
512
1
2
3
4
5
6
7
8
9
3、填写下表：计算一个细菌在不同时间（单位为min）产生后代的数量
4.以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌的数量增长曲线。
20
40
60
80
100
120
140
160
时间/
分钟
细菌数量/个
曲线图：
更直观地反映出种群数量的增长趋势，但没有数学公式精确。
数学方程式：Nn＝2n
更精确，
但较抽象不够直观。
思考：这种营养和生存空间条件下细菌数量增长情况，在自然界中有这样的类型吗？
实例一：1859年，一位英国人来到澳大利亚定居，他带来了24只野兔。让他没有想到的是，一个世纪之后，这24只野兔的后代竟达到6亿只以上。漫山遍野的野兔与牛羊争食牧草，啃啮树皮，造成植被破坏，导致水土流失。后来，人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到控制。
实例二：凤眼莲（水葫芦）原产于南美，仅以一种观赏性植物零散分布，1844年在美国的博览会上曾被喻为“美化世界的淡紫色花冠”。自此以后凤眼莲被作为观赏植物引种栽培，现已在亚、非、欧、北美洲等数十个国家造成危害。1901年作为花卉引入中国，30年代作为畜禽饲料引入中国内地各省，并作为观赏和净化水质的植物推广种植，后逃逸为野生。由于繁殖迅速，又几乎没有竞争对手和天敌
，在我国南方江河湖泊中发展迅速，目前我国有这种凤眼莲184万吨，成为我国淡水水体中主要的外来入侵物种之一。
凤眼莲（水葫芦）
实例三：在20世纪30年代，人们将环颈雉引入美国的一个岛屿。在1937－1942年期间，这个种群数量的增长如下图所示。
如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出曲线来表示，曲线大致呈什么型？
二、种群增长的“J”型曲线
实例3：
自然界确有类似细菌
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，曲
线则大致呈“
J
”型
美国某岛屿环颈雉
种群数量的增长
J型增长的数学模型
3.模型中各参数的意义：
N0为某种动物种群的起始数量，t为时间，
Nt表示t年后该种群的数量，λ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数。
1.模型假设：在食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等条件下（理想条件），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。
2.建立模型：t年后种群数量Nt=N0
λt
4.产生的时期：新物种迁入的开始阶段或实验条件下
N0
增长率=
=出生率-死亡率
增长个体数
原有个体数
λ-1
增长速率=
增长个体数
增长个数所用的时间
5.“J”型增长的增长率和增长速率
在大自然中
食物有限
空间有限
种内斗争
种间竞争
天敌捕食
环境阻力
种群密度越大环境阻力越大
、
可用实验计数法验证。
高斯（1934）把5个大草履虫置于0.5mL的培养液中，每隔24小时统计一次数据，经过反复实验，结果如下：
高斯对大草履虫种群研究的实验
请绘制大草履虫的种群增长曲线
大草履虫数量增长过程如何？
其种群达到基本稳定的数量值称为什么？
大草履虫种群的增长
种群在一个现实环境中时:资源或空间是有限的
种群密度上升
种内斗争加剧
捕食者增加
出生率下降,
死亡率增高
种群增长率下降
出生率和死亡率相等时，种群保持相对稳定
成因：
三、种群增长的“S”型曲线
在资源有限条件下的情况下，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
1.定义：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．
？大草履虫的增长呈“S”型曲线的原因有哪些？
资源和空间有限，而且存在天敌的情况下。
2.产生条件：
存在环境阻力
3.环境容纳量（K值）：在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中所能维持的种群最大数量称为环境容纳量。
种群数量达到环境所允许的最大值（K值）后将停止增长，有时在K值左右保持相对稳定。
资源和空间有限，营养物质缺乏，代谢废物积累
种内斗争加剧，天敌增加
出生率降低，死亡率升高
当出生率=死亡率时，停止增长
4.特点：
种群增长速率不断低
种群数量K/2
→K值时，
5.对种群增长的“S”型曲线的分析
种群数量达到K值时，
种群增长速率为零,但种群数量达到最大，且种内斗争最剧烈。
种群数量在
K/2值时，
种群增长速率最大
种群数量由0→K/2值时，
种群增长速率增大
K/2
转折期，增长速率最快
K值：环境容纳量
加速期，个体数量增加，增长加速
潜伏期，个体数量较少增长缓慢
减速期，增长缓慢
饱和期，增长速率为零
种
群
数
量
“S”
型
增
长
曲
线
K/2
K
种
群
数
量
增
长
速
率
时间
6.“S”型曲线与种群增长速率曲线和增长率曲线
a
b
c
d
e
f
g
h
fg段相当于图甲的ac段
g点相当于图甲的c点
gh段相当于图甲的cd段
h点相当于图甲的de段
（种群数量）
D:
出生率＝死亡率，即
种群数量处于K值。
B:
出生率与死亡率之差
最大，即种群数量处于
K/2值。
思考与讨论p67
对家鼠等有害动物的控制，应当采取什么措施？从环境容纳量的角度思考，能得到什么启发吗？注意，家鼠的繁殖力很强，种群数量每天可增加1.47%.
对家鼠等有害动物的控制，可以采取器械捕杀、药物捕杀等措施。从环境容纳量的角度思考，可以采取措施降低有害动物种群的环境容纳量，如将食物储藏在安全处，断绝或减少它们的食物来源；室内采取硬化地面等措施，减少它们挖造巢穴的场所；养殖或释放它们的天敌，等等。
思考
怎样做才是保护大熊猫的根本措施？
建立自然保护区，改善大熊猫的栖息环境，提高环境容纳量。
思考
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？
为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地获得最大捕鱼量，根据种群增长的S型曲线，应使被捕鱼群的种群数量保持在K/2水平。这是因为在这个水平上种群增长速率最大
。
①K值的应用
a.野生生物资源保护：保护野生生物生活环境，减小环境阻力，增大K值。
b.有害生物的防治：增大环境阻力(如为防鼠害而封储粮食、清除生活垃圾、保护鼠的天敌等)，降低K值。
②K/2的应用
a.资源开发与利用：种群数量达到K/2时，种群增长速率最大，再生能力最强；对养殖的生物进行捕捞(捕获)时，捕捞后的种群数量要维持在K/2处，以保证持续获取高产量。
b.有害生物防治：务必及时控制种群数量，严防达到K/2处，甚至在一开始就应采取相应措施。
7.K值和K/2在生活中的应用
K值是环境最大容纳量。环境阻力代表自然选择的作用。农、林、牧业生产就是在这个范围内谋求产量的提高,其潜力有一定限制。
总结
比较种群增长两种曲线的联系与区别
J型曲线
S型曲线
前提条件
种群增长（速）率
有无K值
曲线
环境资源无限
环境资源有限
保持稳定
先升后降
无，
持续保持增长
有K值
环境阻力
K值：环境容纳量
食物不足
空间有限
种内斗争
天敌捕食
气候不适
寄生虫
传染病等
种群数量
迁入
迁出
死亡
出生
+
+
—
—
种群的数量是由出生率和死亡率、迁入率和迁出率决定的，因此，凡是影响上述种群特征的因素，都会引起种群数量的变化
环境因素
种群的出生率、死亡率、迁出和迁入率
种群数量的变化
气候、食物、天敌、传染病等
增或减
增长、波动、稳定、下降等
影响种群数量变化的因素
大多数种群的数量总是在波动之中的，
东亚飞蝗种群数量的波动
（1）影响种群数量变化的因素：
A.内部/直接因素：出生（死亡）率、迁入（出）率、年龄组成、性别比例。
B.自然/间接因素：空间、气候、食物、天敌、传染病、自然灾害等。
C.人为/重要因素：对野生生物的乱捕滥猎、对种群数量的人工控制等。
（2）种群数量变化的类型：增长，稳定，波动、下降等。
（3）影响结果：大多数种群的数量总是在波动之中，在不利条件之下，还会急剧下降，甚至灭亡。
四、种群数量的波动和下降
本课小结
第四章
第二节
种群数量的变化
一、建构种群增长模型的方法---数学模型
建立数学模型的一般步骤
二、种群增长的“J”型曲线
1、“J”型曲线形成的条件
2、“J”型增长的数学模型
三、种群增长的“S”型曲线
1、“S”型曲线形成的条件
2、K值
3、“J”型曲线与“S”型曲线的比较
四、种群数量的波动和下降
人口增长、人类活动对自然界种群数量变化的影响
研究种群数量变化的意义
1、为野生生物资源的合理利用及保护提供理论指导
。
既要使生物资源的产量达到最大，又不危害生物资源的可持续发展，砍伐、捕捞、狩猎后，保证种群的增长速率为最大值。
2、为人工养殖及种植业中合理控制种群数量、适时捕捞、采伐等提供理论指导。
3、通过研究种群数量变动规律，为有害生物的预测及防治提供科学依据。
降低环境的负荷量（K值）。如鼠害防治可通过严密封存粮食、清除生活垃圾、保护老鼠的天敌等措施来降低K值。
4、为引进外来物种提供理性的思考。
必须考虑所引入的外来物种是否会构成对原来物种的危害，即是否会构成生物入侵。
五、研究种群数量变化的意义
探究：培养液中酵母菌种群数量的变化
1.单细胞真核生物
2.兼性厌氧菌
3.出芽生殖
探究过程
1.提出问题：
2.作出假设：
3.设计实验：
4.进行实验：
5.分析和表达
6.进一步探究
培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的？
连续培养7天，每天用显微镜和血球计数板计数出酵母菌种群密度
各小组汇报实验结果，结合实验数据，画出酵母种群增长的曲线图并进行分析。
由于资源和空间有限，酵母菌的数量将呈“S”型增长，并最终将全部死亡。
①营养物质消耗殆尽
②有害代谢产物积累
③pH改变
实验步骤
①将10mL无菌马铃薯培养液或肉汤培养液加入试管中；②将酵母菌接种入试管中的培养液中混合均匀；
③将试管在28℃条件下连续培养7d；
④每天取样计数酵母菌数量；
⑤分析结果，得出结论。
每天同一时间计数
酵母菌的计数
（1）计数方法——逐个计数很困难，常采用抽样检测法。（2）计数工具——血球（血细胞）计数板
0
1
2
3
4
5
6
7
时间/天
种群数量
酵母菌数量为何会下降？
①营养物质消耗殆尽
②有害代谢产物积累
③pH改变
实验结果：
酵母菌的计数
（1）计数工具——血球计数板
实物图
正面图
侧面图
计数室
滴液处
血球计数板是一种专门用于计数较大单细胞微生物的一种仪器。
计数室
1mm
血球计数板:一种专门计数较大单细胞微生物的仪器
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
1ml
=
1cm3
计数室
计数室分为25中格（双线边）
每一中格又分为16小格
计数室是由___________个小格组成
25×16=400
25个中格
16个小格
16个中格
25个小格
25X16
=
400小格
16X25
=
400小格
每个计数室（大方格）共有400小格，总容积为0.1mm3
抽样检测：
5×16=80个小格
抽样检测：
4×25=100个小格
计数室两种规格
25×16
16×25
①25×16型的计数板
每个中方格可分成16个小方格。一般计数四个角和中央的5个中方格（80个小方格）的细胞数。
1ml培养液细胞个数＝80个小方格细胞总数/
80
×400×10000×稀释倍数
②16×25型的计数板
将计数室放大，可见它含16中格，每个中格含25小格。一般取4个中格（100个小方格）计数
1ml培养液细胞个数＝100个小方格细胞总数/
100
×400×10000×稀释倍数
（2）计数方法：
抽样检测法
A1
A2
A5
A3
A4
（3）计算：
每毫升培养液中的酵母菌细胞数是多少？
酵母细胞个数/mL=
所数小方格中细胞总数x400x104x稀释倍数
所数的小方格数
先将盖玻片盖在计数室上→吸管吸培养液→滴盖玻片边缘→培养液自行渗入→滤纸吸去多余的培养液→酵母菌细胞全部沉降到计数室底部→显微计数→估算试管中酵母菌的总数。
怎样进行酵母菌的计数？
.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？
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。
.本探究需要设置对照吗？如果需要请讨论对照组应怎样设计和操作；如果不需要，请说明理由。
酵母菌在不同时间内的数量可以相互对比,不需另设对照实验;
需要做重复实验,以保证计数的准确性。
.需要做重复实验吗？
每个样品一般计数三次，取其平均值。
如果一个小方格内酵母菌过多，难以计数，应采取怎样的措施？
应将吸取的培养液进行定量稀释再计数。
只计数相邻两边及其夹角的酵母菌数。
（计上不计下，计左不计右）
7
对于压在小方格界线上的酵母菌，应当怎样计数？
5
怎样记录结果？
每天的取样时间要固定。