高中生物人教版（2019）选择性必修2-1.2种群数量的变化课件(共48张PPT)

(共48张PPT)
第2节 种群数量的变化
“J”形增长
“S”形增长
图片中的手越白意味着越脏，越黑意味着越干净
问题探讨
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20min就通过分裂繁殖一次。
2. 72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？
2216个。
1. n代细菌数量Nn的计算公式是：
Nn=2n
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？如何验证你的观点？
不会，因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。
可以用实验计数法来验证。
研究实例
细菌每20min分裂一次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量？
在资源和生存空间没有限制的条件下，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响
Nn=2n
N代表细菌数量，n表示第几代
观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或修正
观察研究对象，提出问题
提出合理的假设
根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达，即建立数学模型
通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正
研究方法
（以“问题探讨”中的素材为例）
1.建构数学模型的方法（步骤）
一、建构种群增长模型的方法
2. 数学模型的表达形式及优点
Nn=2n
数学公式
曲线图
优点：
缺点：
科学、精确
不够直观
直观
不够精确
理想条件
时间分钟 20 40 60 80 100 120 140 160 180
细菌数量
2 4 8 16 32 64 128 256 512
分析自然界种群增长的实例
【思考·讨论】
【资料1】 1859年，一位来到澳大利亚定居的英国人在他的农场中放生了24只野兔。让他没有想到的是，一个世纪之后，这24只野兔的后代竟超过6亿只。漫山遍野的野兔不仅与牛羊争食牧草，还啃啮树皮，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。
【资料2】 20世纪30年代，人们将环颈雉引入某地一个岛屿。1937-1942年这个种群数量的增长如右图所示。
讨论2. 种群出现这种增长的原因是什么？
种群呈“J”形曲线增长的原因是食物和空间条件充裕、没有天敌、气候适宜等。
理想条件
1．含义：
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“ ”型。
理想
时间
种群数量
J
2．适用对象：
①实验室条件下；
②当一个种群刚迁入到一个新的适宜环境时 。
二、种群的“J”形增长
3.“J”形增长的数学模型
（1）模型假设
理想条件
在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。
（2）建立模型：
Nt=N0 λt
N0 ：为起始数量
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
（3）对“λ”的理解：
Nt＝N0λt 表达式中，λ表示种群数量是前一年种群数量的倍数，不是增长率。
项目 种群数量变化 年龄结构
λ>1
λ＝1
λ<1
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。
【思考】当λ＞1时，种群一定呈“J”形增长吗？
A______________
B______________
C______________
D______________
【例】研究人员连续10年调查生态系统中某动物的种群数量变化，绘制的λ值变化曲线如图所示。
A、B、C、D 四点时的种群数量相比，最多的是 点；最少的是 点。
年龄结构
增长型
稳定型
衰退型
B
D
稳定型
4. 种群“J”形增长的增长率和增长速率曲线
增长率 增长速率
含义
计算 公式
举例
“一个种群有1000个个体，2年后增加到1100”，则该种群的增长速率为:
“一个种群有1000个个体，2年后增加到1100”，则该种群的增长率为:
×100%=10%
1100-1000
1000
=50个/年
1100-1000
2年
（1）增长率与增长速率的比较
单位时间内净增加的个体数占原来个体数的比例
单位时间内增加的个体数量
增长率 =（现有个体数-原有个体数）/种群原有个体数
增长速率 =（现有个体数-原有个体数）/增长时间
①增长率 =（现有个体数-原有个体数）/种群原有个体数
增长率＝λ-1
（λ>1，且不变）
＝
×100％
增长率 ＝
末数－初数
Nt－Nt-1
Nt-1
初数
=（λ-1）×100％
（增长率>0，且不变）
（λ>1，且不变）
②增长速率：单位时间内增加的个体数量。
＝
增长速率＝
末数－初数
单位时间
Nt－Nt-1(个)
t(年)
实质就是“J”型曲线的斜率
（λ-1）N0λt -1
水葫芦
蟛蜞菊
【小结】种群的“J”型增长
1.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条件下。
2.发生时期：新物种迁入的开始阶段、实验条件下
3.种群J型增长方式的数学模型是：Nt=N0入t
4.特点：种群数量连续增长； 增长率保持不变（入-1）；增长速率呈指数函数增长（“J”型曲线的斜率）。
如果遇到资源、空间等方面的限制，种群还会呈“J”形增长吗？
【实例分析】生态学家高斯的实验：
在0.5 mL培养液中放入5个大草履虫，每隔24h统计一次大草履虫的数量。经反复实验，结果如下图所示。　
时间/d
种群数量/个
K=375
大草履虫的数量在第二天和第三天增长较快；
第五天以后基本维持在375个左右。
三、种群的“S”型增长
1. “S”形增长含义
资源和空间有限，天敌的制约等（即存在环境阻力），种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定，增长曲线呈“ ”形。
S
2. 适用对象：
一般自然种群的增长
3. 环境容纳量（K值）
一定的环境条件所能维持的种群最大数量称为环境容纳量，又称K 值。
转折期，增长速率最快（K/2）
加速期，个体数量增加，增长加速
调整期，个体数量较少增长缓慢
减速期，增长缓慢
稳定期，增长速率几乎为零
K值：环境容纳量
K
K/2
（1）K 值 （是/不是）种群数量的最大值
请据图分析：该种群的K 值为 。
K2
不是
（2） 种群的环境容纳量（K）值是恒定不变的吗？
不是，K值会随着环境的改变而发生变化，当环境遭到破坏时，K值会下降；当环境条件状况改善时，K值会上升。
K值是种群在一定环境条件下所能维持（允许达到）的种群最大数量，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。
①野生生物的保护
建立自然保护区，改善大熊猫的栖息环境，提高环境容纳量。
②有害生物的防治
增大环境阻力，降低环境容纳量：打扫卫生、硬化地面、将食物储存在安全处、养殖或释放天敌。
（3）K 值的应用
4. 种群“S”形增长的增长率和增长速率曲线
（1）K/2值的应用
——“黄金开发点”
A
B
C
A
B
C
①对资源开发与利用的措施
种群数量达环境容纳量的一半（K/2）时种群增长速率最大，再生能力最强，维持被开发资源的种群数量在K/2值处，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。
②对有害生物防治的措施
控制种群数量，严防达到K/2值处（否则会导致该有害生物成灾）。
渔业资源最佳捕捞时期？
1/2K时
何时防治？
达到1/2K前
【总结】K值与K/2值的应用:
K值
减小环境阻力 → 增大K值 → 保护野生生物资源
增大环境阻力 → 降低K值 → 防治有害生物
草原最大载畜量不超过K值 → 合理确定载畜量
K/2值
渔业捕捞后的种群数量要在K/2值处
K/2值前防治有害生物，严防达到K/2值处
种群“J”形和“S”形增长曲线之间的关系
（1）某种群生活在一个较理想的环境中，则此种群数量增长的曲线是 。
（2）如果此种群生活在一个有限制的自然环境中，种群的个体数量增长的曲线可能是 。
（3）图中两曲线间的阴影部分代表 ，按自然选择学说，就表示在生存斗争中被 的个体数量。
“S”形曲线
“J”形曲线
环境阻力
淘汰
食物不足
空间有限
种内斗争
天敌捕食
气候、传染病等
环境阻力
J型曲线 S型曲线
前提条件
增长模型
有无K值
种群增长率
种群增长速率
理想条件
存在环境阻力
比较种群增长两种曲线的联系与区别
无，持续保持增长
有K值
保持稳定
先增加后下降，
有最大值
逐渐下降
逐渐增加，无上限
大多数种群的数量总是在波动之中的，在某些特定条件下可能出现种群爆发；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
某地区东亚飞蝗种群数量的波动
1. 下面三种曲线是同一生物种群数量变化的不同指标。以下叙述正确的是（　　）
A．图1、2、3中的a、c、e点生存斗争最激烈
B．图2和3中的c~d段、e~f段种群的增长率不变
C．图1中b点和图3中f点的增长速率与图2中的c点对应
D．图1、2、3都可以表示该种群在有限环境条件下的增长规律
练习：
D
2．假设某草原上散养的某种家畜种群呈S型增长，该种群的增长率随种群数量的变化趋势如图所示。若要持续尽可能多地收获该种家畜，则应在种群数量合适时开始捕获，下列四个种群数量中合适的是（ ）
A．甲点
B．乙点
C．丙点
D．丁点
D
3．种群在理想环境中呈“J”型增长（如图曲线甲），在有环境阻力条件下，呈“S”型增长（如曲线乙）。下列有关种群增长曲线的叙述，正确的是（　　）
A．图中阴影部分表示在生存斗争中被淘汰的个体数，C点时，环境阻力最小
B．若曲线乙表示草履虫种群增长曲线，E点后种群中衰老个体的数量将基本维持稳定
C．若曲线乙表示酵母菌种群增长曲线，D点时出生率＜死亡率
D．K值具有物种特异性，所以田鼠的种群增长曲线在不同环境下总是相同的
B
4．在某一片小麦田中，长着许多杂草，还有食草昆虫、青蛙、鼠、蛇等动物活动。某研究小组对该农田生态系统进行研究，请根据所学的知识回答：
（1）研究小组要估算该农田中荠菜的种群密度，应采用_________________法。在取样时，关键要做到__________________。
（2）消灭某种虫害时，利用人工合成的性引诱剂诱杀害虫的雄性个体，破坏害虫种群正常的_______________，就会使很多雌性个体不能完成交配，结果直接影响害虫的出生率。
（3）研究小组为了监测和预报该生态系统内鼠害的发生情况，对田鼠种群数量的变化规律进行了研究．研究者通常采用________________法估算该地区田鼠的种群数量。
样方法
随机取样
性别比例
标记重捕
（4）如图1是种群在不同环境条件下的增长曲线，图2表示某种草原布氏田鼠种群出生率与死亡率比值（R）的变化曲线（R=出生率/死亡率）。据图回答问题：
图1中种群数量以A曲线增长时，种群增长率______________（填“增大”“不变”或“减少”）。图2中，当R值为c点对应的数值时，布氏田鼠种群的年龄组成类型为_____________。
不变
衰退型
五、培养液中酵母菌种群数量的变化
①兼性厌氧型生物（单细胞真核生物）；
②生长周期短，繁殖速度快，易于研究种群数量的变化
探究 实践
实验: 探究培养液中酵母菌种群数量的变化
1. 实验原理:
2. 提出问题:
培养液中酵母菌的数量是怎样随时间变化的
3. 作出假设:
在环境资源有限的条件下，酵母菌的数量变化随时间呈“S”形增长曲线
在理想条件下，酵母菌种群的增长呈“J”形曲线；在各种资源有限或者存在环境阻力的情况下，酵母菌种群增长呈“S”形曲线。
随着时间推移，由于营养物质的______、有害代谢产物的______、pH的_________，酵母菌数量呈_________形增长。
消耗
积累
改变
S
4. 材料用具:
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，显微镜等。
正面图
侧面图
计数室
滴液处
计数室深度为0.1mm
1个计数室的面积为1mm2，1个计数室内有400个小方格。每个小方格的面积是1/400mm2
5. 显微镜计数操作步骤:
1. 将盖玻片放在血细胞计数板的计数室上；
2. 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；
3. 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
4. 计数一个小方格内酵母菌数量，再以此为依据估计试管中酵母菌总数。
酵母菌的计数方法:
抽样检测法
滴液处
大方格
中方格
小方格
1/400mm2
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。
放大后的计数室
（1个中央大方格）
6. 计数工具——血细胞计数板及计算
计数室深度为0.1mm
1个计数室的面积为1mm2，1个计数室内有400个小方格。每个小方格的面积是1/400mm2
计数室的两种规格：
规格2（25×16）：
1 mL培养液中细胞个数＝中方格中酵母菌数量的平均值×25×104 ×稀释倍数
规格1（16×25）：
1 mL培养液中细胞个数＝中方格中酵母菌数量的平均值×16×104 ×稀释倍数
练习1. 检测员将1 mL水样稀释10倍后，用抽样检测的方法检测每毫升蓝藻的数量；将盖玻片放在计数室上，用吸管吸取少许培养液使其自行渗入计数室，并用滤纸吸去多余液体。已知每个计数室由25×16＝400个小格组成，容纳液体的总体积为0.1 mm3。
现观察到图中该计数室所示a、b、c、d、e 5个中格80个小格内共有蓝藻n个，则上述水样中约有蓝藻 个／mL。
5n×105
规格2（25×16）：
1 mL培养液中细胞个数＝中方格中酵母菌数量的平均值×25×104 ×稀释倍数
2. 将样液稀释100倍，采用血球计数板(规格为1 mm×1 mm×0.1 mm)计数，观察到的计数室中细胞分布见图3，则培养液中藻细胞的密度是________个/ mL。
1×108
5
4
3
4
4
（2）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？
酵母菌会沉降在瓶底，轻轻振荡几次使培养液中酵母菌分布均匀，以减少误差。
（3）如果一个小方格内酵母菌数量过多，难以数清，应当采取什么措施？
稀释适当倍数
（4）对于压在小方格界线上的酵母菌应当怎样计数
只计相邻两边及其顶角上的酵母菌，一般遵循“计上不计下，计左不计右”的原则。
（5）本实验需要设置对照吗
不需要对照, 在时间上形成前后自身对照。
（6）需要做重复实验吗
需要重复实验，对每个样品可计数三次，再取平均值，以提高实验数据的准确性;
（7）怎么分辨死亡细胞和有活性的细胞？
死亡细胞多集结成团；可以借助台盼蓝染色（死亡细胞呈蓝色）
第 1 天
第 4 天
第 6 天
第 7 天
死亡
连续观察7天，分布记录下这7天的数值。
★连续观察7天，记录每天的数值。记录结果可设计成下面的记录表：
重复组
七.分析结果，得出结论
实验结论:
影响酵母菌种群数量增长的因素:
在适宜条件下 ，酵母菌种群呈“S” 形增长；
种群的增长速率是：先增加后减少，在K/2时增长速率最大。
受培养液的成分、空间、pH、温度、代谢产物等因素的影响。
练习：为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：
①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
②静置一段时间后，用吸管从锥形瓶中吸取培养液
③在血细胞计数板中央滴一滴培养液，盖上盖玻片
④用滤纸吸除血细胞计数板边缘多余的培养液
⑤将计数板放在载物台中央，待酵母菌沉降到计数室底部，在显微镜下观察、计数
其中操作正确的是( 　　)
A．①②③　 B．①③④ C．②③④ D．①④⑤
D