(共46张PPT)
第2节 种群数量的变化
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20 min就通过分裂繁殖一代。
1. 第n代细茵数量的计算公式是什么?
2. 72h后,由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少?
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?
2. 72 h后,由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少?
Nn=1×2n =2216
Nn=1×2n
1. 第n代细茵数量的计算公式是什么?
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
数学公式与曲线图各有什么优缺点?
第n 代细菌数量的计算公式:
Nn=1×2n
曲线图:直观,但不够精确。
数学公式:精确,但不够直观。
知识点1 构建种群增长模型的方法
构建种群增长模型的方法
1.1数学模型概念:
用来描述一个系统或它的性质的数学形式。
1.2数学模型的表现形式:
数学公式、曲线图、柱形图、饼状图等。
1.3数学模型意义:
描述、解释和预测种群数量的变化。
构建种群增长模型的方法
1.4步骤:
观察研究对象,提出 。
提出合理的 。
根据实验数据,用适当的 。
形式对事物的 进行 。
通过进一步 ,
对模型进行 。
问题
假设
数学
性质
表达
实验或观察
检验或修正
细菌每20 min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=N0×2 n。
Nn代表繁殖n代后细菌数量,N0为细菌起始数量,n代表繁殖代数
观察、统计细菌数量,对自己所建立的模型进行检验或修正
总结:建立数学模型的步骤
观察分析
提出问题
做出假设
建立
数学模型
检验修正
构建种群增长模型的方法
上述是对理想条件下细菌数量增长的推测。自然界中种群数量能出现类似增长吗?
资料1:1859年英国殖民者托马斯.奥斯汀,此公在英国时就是狂热的狩猎爱好者,于是他就委托自己的侄子从英国邮寄了一些野兔,放生了24 只野兔以满足狩猎的需求。一个世纪之后,澳大利亚野兔超过6 亿只。
后来,黏液瘤病毒控制了野兔的种群数量。
资料1:澳大利亚野兔
资料2:20世纪30年代, 环颈雉引入某地小岛。5年间增长如图所示。
1. 这两个资料中的种群增长有什么共 同点?
种群数量增长迅猛,且呈无限增长趋势。
2. 种群出现这种增长的原因是什么?
食物充足、缺少天敌等。
3.这种种群增长的趋势能不能一直持续下去?为什么?
不能,因为资源和空间有限。
知识点2 种群的”J”形增长
种群的”J”形增长
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。
2.1 模型产生的原因
2. 2 数学公式
假设:种群数量每年以一定的倍数(λ)增长。
种群起始数量为N0
N1=N0λ
N2=N1λ= λ2N0
N3=N2λ= λ3N0
λ
t年后该种群的数量
该种群的起始数量
每年增长倍数
时间
λ>1,种群数量增长
λ=1,种群数量不变
λ<1,种群数量下降
λ=
当年种群数量
前一年种群数量
种群的”J”形增长
增长率 增长速率
含义 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
计算公式 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
举例
“一个种群有1000个个体,一年后增加到1100”,则该种群的增长速率为:
“一个种群有1000个个体,一年后增加到1100”,则该种群的增长率为:
×100%=10%
1100-1000
1000
=100个/年
1100-1000
1年
种群的”J”形增长
种群的”J”形增长
2. 3 种群”J”形增长的其它曲线
时间
种
群
数
量
1、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。
2、发生时期:新物种迁入的开始阶段、 实验条件下
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)。
3、种群J型增长方式的数学模型是:
Nt=N0入t
种群的“J”型增长
如果遇到资源、空间等方面的限制,种群还会呈“J”形增长吗?
知识点3 种群的“S”形增长
种群的“S”形增长
高斯实验:生态学家高斯曾经做过这样一个实验: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。经过反复实验,得出了如下图所示的结果。
从图可以看出,大草履虫在这个实验环境条件下的最大种群数量是375个,这就是该实验种群的K值。
时间/d
种群数量/个
K=375
种群的“S”形增长
3.1 种群的“S”形增长模型产生原因
在有限的资源和空间条件下,当种群密度增大时,种内竞争不断加剧,种群的出生率降低,死亡率升高。当死亡率和出生率相等时,种群的增长就会停止,稳定在一定水平。
种群的“S”形增长
3.2 增长率与增长速率
K/2
t0 t1 t2 时间
种群数量
K
a
b
c
d
e
时间
0
增长率
t0 t1 t2 时间
0 K/2 K 数量
增长速率
f
g
h
增长速率先增大后减小,最后为0。
当种群数量为k/2时,增长速率达到最大。
1. “S”型曲线与其增长速率、增长率的关系
2. “J”型曲线与其增长速率、增长率的关系
在“S”型曲线中,种群增长速率先增大后减小,增长率逐渐减小。
在“J”型曲线中,种群增长速率逐渐增大,增长率保持不变。
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。
3.3 K值
K值随环境改变而发生变化
生存空间增大和资源增多,K值会增大,否则K值会减小,甚至灭绝。
种群的“S”形增长
3.4 K值与K/2值在实践中的应用:
①对野生生物资源和濒危物种的保护:
建立自然保护区:
提高环境容纳量
K/2
t0 t1 t2 时间
种群数量
K
a
b
c
d
e
②对生物资源的合理利用:
渔业捕捞应在 ;
K/2以后
捕捞后鱼的种群数量维持在 。
K/2
③对有害生物防治:
降低环境容纳量;
在 捕杀。
K/2前
种群的“S”形增长
种群的“J”形和“S”形增长比较
种群“J”形增长曲线表明生物种群具有过度繁殖潜能。
种群“S”形增长是生物在自然界环境阻力作用下的必然结果。
阴影表示环境阻力,两条曲线数量差表示被淘汰的个体数。
环境阻力减小,K 值增大;
环境阻力增大,K 值减小。
0
100
200
300
400
1
2
3
4
5
6
7
时间/天
种群数量
环境阻力
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
K值:环境容纳量
种群数量的波动
②但对于大多数生物的种群来说,种群数量总是在波动中。处在波动状态的种群,在特定条件下可能出现种群爆发。如蝗灾、鼠灾、赤潮等。
东亚飞蝗种群数量的波动
③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下降。
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。
④当一个种群数量过少,种群可能会由于近亲繁殖等原因而衰退、消亡。
知识点6
培养液中酵母菌种群数量的变化
培养液中酵母菌种群数量的变化
酵母菌的繁殖方式:
新陈代谢类型:
兼性厌氧型
出芽生殖
培养液中酵母菌种群数量的变化
①如何利用血细胞计数板对酵母菌进行计数?
a.血细胞计数板的介绍
b.计数过程中的注意事项
②该实验是否需要对照和重复实验?
③如何记录和处理实验结果?
④据实验结果绘制的曲线图接近哪种增长模型,为什么?
培养液中酵母菌种群数量的变化
①如何利用血细胞计数板对酵母菌进行计数?
血细胞计数板
培养液中酵母菌种群数量的变化
①如何利用血细胞计数板对酵母菌进行计数?
大方格的长和宽各为1mm,深度为0.1mm,即1mm×1mm×0.1mm,其体积为0.1mm3,即1x104 mL。
培养液中酵母菌种群数量的变化
大方格
中方格
小方格
①如何利用血细胞计数板对酵母菌进行计数?
16 (中格)×25 (小格)
25(中格)×16(小格)
不管计数室是哪一种构造,其每一大方格都是由16×25=25×16=400个小方格组成。
培养液中酵母菌种群数量的变化
①如何利用血细胞计数板对酵母菌进行计数?
16×25型:
一般取四角的四个中方格(100个小方格)计数
25×16型:
一般计数四个角和中央的五个中方格(80个小方格)的细胞数。
每个大方格含25个中方格,每个中方格有16个小方格,共400个小方格。每个大方格面积为1 ×1 mm2,每小方格面积为1/400 mm2。
培养液中酵母菌种群数量的变化
①如何利用血细胞计数板对酵母菌进行计数?
25x16型计数室计数
每毫升培养液中微生物数量=每个中方格平均数x25x104 x稀释倍数
16x25型计数室计数
每毫升培养液中微生物数量=每个中方格平均数x16x104 x稀释倍数
培养液中酵母菌种群数量的变化
先盖盖玻片,再将培养液滴加于盖玻片边缘,让培养液自行渗入。多余培养液用滤纸吸去。
盖盖玻片和滴加培养液,哪个步骤在前?
①如何利用血细胞计数板对酵母菌进行计数
培养液中酵母菌种群数量的变化
为什么要待酵母菌全部沉降到计数室底部再计数?
吸取培养液之前为什么要将培养液摇匀?
使菌体分散开来、混和均匀,减少实验误差。
酵母菌全部沉降到计数室底部,减少实验误差。
①如何利用血细胞计数板对酵母菌进行计数
培养液中酵母菌种群数量的变化
用无菌水稀释至每小格细胞数目为5~10 个
稀释100倍
如果小方格内酵母菌过多,怎么办?
①如何利用血细胞计数板对酵母菌进行计数
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?
培养液中酵母菌种群数量的变化
①如何利用血细胞计数板对酵母菌进行计数
培养液中酵母菌种群数量的变化
对于压在中方格界线上的酵母菌和酵母菌芽体,应当怎样计数?
压线的菌体,计上不计下,计左不计右。离开母体的芽体,无论大小均算一个。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。
①如何利用血细胞计数板对酵母菌进行计数
培养液中酵母菌种群数量的变化
①如何利用血细胞计数板对酵母菌进行计数
【算一算】若使用的血细胞计数板(规格为1 mm×1 mm×0.1 mm)每个计数室分为25个中方格,每个中方格又分为16个小方格,将样液稀释100倍后计数,发现计数室四个角及中央共5个中方格内的酵母菌总数为20个,则培养液中酵母菌的密度为 个/mL。
(20÷5)×25×10 000×100=1×108
培养液中酵母菌种群数量的变化
②该实验是否需要对照和重复实验?
本实验有前后对照,可以不单设对照组。如果担心培养过程中有污染,则需要单设不接种酵母菌的空白对照组。
本实验需要设置重复以减少实验误差。
如果全班同学所测量的酵母菌来自同一培养样品,可以取全班同学计数的平均值作为实验结果,或者每名同学计数3 个或3 个以上计数室求平均值。
一、概念检测
1. 在自然界,种群数量的增长既是有规律的, 又是复杂多样的。判断下列相关表述是否正确。
(1) 将一种生物引入一个新环境中,在一定时期内,这个生物种群就会出现“J”形增长。( )
(2) 种群的“S”形增长只适用于草履虫等单细胞生物。 ( )
(3) 由于环境容纳量是有限的,种群增长到—定数量就会保持稳定。( )
×
×
×
2. 对一个生物种群来说,环境容纳量取决于环境条件。据此判断下列表述正确的是 ( )
A. 对甲乙两地的蝮蛇种群来说,环境容纳量是相同的
B. 对生活在冻原的旅鼠来说,不同年份的环境容纳量是不同的
C. 当种群数量接近环境容纳量时,死亡率会升高,出生率不变
D. 对生活在同一个湖泊中的鲢鱼和鲤鱼来说,环境容纳量是相同的
B
(2021·广东高考真题)图示某S形增长种群的出生率和死亡率与种群数量的关系。当种群达到环境容纳量(K值)时,其对应的种群数量是( )
A.a B.b C.c D.d
【答案】B【详解】分析题图可知,在b点之前,出生率大于死亡率,种群密度增加;在b点时,出生率等于死亡率,种群数量不再增加,表示该种群数量已达到环境容纳量(K值),B正确。故选B。
THANK YOU!
谢谢各位!