1.2种群数量的变化(2)课件2021-2022学年高二上学期生物人教版选择性必修2(共60张PPT)

(共60张PPT)
第2节 种群数量的变化
第1章 种群及其动态
构建种群增长模型的方法
我们手上难免沾染细菌。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就通过二分裂繁殖一代。
1.细菌的生殖方式是怎样的？
2.计算一个细菌产生的后代在不同时间的数量，并填入下表。
讨论
二分裂
时间（min) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
分裂次数 0
数量（个） 1
2
4
8
16
32
64
128
256
512
1
2
3
4
5
6
7
8
9
3.第n代细菌数量的计算公式是什么？
72h后数量是多少？
2216
4.根据表格，画出细菌种群的增长曲线。
5.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？为什么？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。该公式成立是在理想条件下的。
构建种群增长模型的方法
Nn=N0（种群起始数量）×2n
用实验验证
1.数学模型:
用来描述一个系统或它的性质的数学形式
2.类型（表现形式）:
数学公式和坐标曲线图
(1)数学公式能准确反映种群数量，但不够直观。
(2)坐标曲线图能直观地反映种群数量的变化趋势,但不够准确。
Nn＝ N0×2n
一、构建种群增长模型的方法
——建立数学模型
3.建构数学模型的意义：
描述、解释和预测种群数量的变化。
细菌每20min分裂一次,怎样计算繁殖n代的数量？
在资源和空间无限多的环境中，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
研究实例
研究方法
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
3.建立数学模型一般包括以下步骤
二、种群增长的两种常见曲线
（二）种群增长的“S” 形曲线
（一）种群增长的“J” 形曲线
在自然界中，种群的数量变化情况是怎样的呢？
自然界种群增长的实例
资料1 1859年，一位来澳大利亚定居的英国人在他的农场中放生了24只野兔，一个世纪后，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，还啃噬树皮，造成植被破坏，导致水土流失。直到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，这个种群增长如右图。
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。
3. 这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？
2. 种群出现这种增长的原因是什么？
食物充足、缺少天敌等。
不能。因为资源和空间是有限的。
4.野兔和环颈雉种群的增长曲线是否类似于细菌种群的增长曲线？
类似，均成“J”形。
自然界种群增长的实例
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，种群数量为纵坐标画出曲线来表示，曲线大致呈“J”形。
理想条件下细菌数量增长的推测
某海岛上环颈雉种群数量的变化
（一）种群的“J”形增长
1.产生条件:
①食物和空间条件充裕
②气候适宜
③没有天敌和其他竞争物种等条件下
理想状态（条件），即无环境阻力
2.增长特点:
种群数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的λ倍。
t年后（第t+1年）种群的数量为:
Nt=
3.建立数学模型:
1年后（第2年）种群的数量为:
N1=
2年后（第3年）种群的数量为:
N2=N1·λ=
N0λ2
N0为起始数量， t为时间，Nt表示t年后该种群的数量，λ表示该种群数量是前一年种群数量的倍数。
（1）数学公式
第1年种群的数量为:
N0
N0λ
……
N0λt
（2）曲线图
随条件改变起点
时间(t)
种群数量Nt
种群数量曲线
0
种群“J”形增长的增长率和增长速率曲线
Nt=N0 λt
时间（t）
种群数量
种群数量曲线
Nt
N0
＝λ-1
增长特点：
种群的增长率是一定的，
种群数量没有上限。
(3)种群”J”形增长的其它曲线
增长率=
现有个体数-增长前个体数
增长前个体数
单位时间内新增加的个体数占原来个体数的比例
①增长率：
增长率曲线
时间
增长率
0
种群“J”形增长的增长率和增长速率曲线
Nt=N0 λt
时间（t）
种群数量
种群数量曲线
Nt
N0
实质就是“J”形曲线的斜率
增长速率呈指数函数增长
增长速率=
现有个体数-增长前个体数
增长时间
单位时间内增加的个体数量
②增长速率：
Nt－Nt-1(个)
t(年)
＝
在“J”形曲线中，种群增长速率逐渐增大，增长率基本不变。
=（λ-1）N0λt-1
时间（t）
增长速率
增长速率曲线
0
增长率＝λ-1
项目 种群数量变化 年龄结构
λ>1
λ＝1
0＜λ<1
λ＝0
增加
增长型
相对稳定
稳定型
减少
衰退型
种群无繁殖，下一代将灭亡
λ =1.1
λ =1.2
λ =0.8
λ =1.0
种群数量
时间
0
λ值的生物学意义图解
(4)“J”形增长中λ和增长率的关系
【思考】当λ＞1时，种群一定呈“J”形增长吗？
只有λ＞1且为定值时，种群增长才为“J”形增长。
（λ>1，且不变）
种群的”J”形增长
①外来入侵物种的种群数量变化
②动物迁入适宜其生活的新环境后，一段时间内种群的数量变化
4.种群”J”形增长的实例
福寿螺(原产的热带和亚热带地区)中美洲
凤眼莲----水葫芦(原产于南美)
③实验条件下
人口数据增长曲线
中国人口数据增长曲线
世界人口数据增长曲线
人口在20世纪大部分时期呈现出“J”形增长
小结：种群增长模型——种群的“J”形增长
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形增长方式的数学模型是： Nt=N0 λt
4.特点：种群数量连续增长； 增长率保持不变（ λ-1 ）；增长速率呈指数函数增长（“J”形曲线的斜率）。
如果遇到资源、空间等方面的限制，
种群还会呈“J”形增长吗？
种群增长模型——种群的“S”形增长
高斯的实验
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：
（1）为什么大草履虫种群没有出现
“J”形增长？
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。
（2）这种类型的种群增长称为什么？
种群的“S”形增长
K=375
种群数量
时间
0
大草履虫种群的增长曲线
1.“S”形增长含义
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.形成原因：
资源和空间有限
种群密度增大时
种内竞争加剧
出生率降低
出生率＝死亡率时，增长停止，有时种群稳定在一定的水平
死亡率升高
3.适用对象
一般自然种群的增长
4.产生条件
自然条件（现实状态）：资源和空间有限，种内竞争加剧等（即存在环境阻力）
K=375
种群数量
时间
0
大草履虫种群的增长曲线
（二）种群的“S”形增长
一定环境条件所能 的种群最大数量称为 ，又称 。
维持
环境容纳量
K值
5.环境容纳量
①同一种群的K值不是固定不变的，会受到环境的影响。
②同一环境，不同种群的K值不同。
【特点】
生物自身的遗传特性和食物、栖息场所、天敌及其他生存条件均会影响动物的环境容纳量。环境破坏，K值下降；环境改善，K值上升。
K值并不是种群数量的最大值，种群所达到的最大值会超过K值，但这个值存在的时间很短，因为环境已遭到破坏。
K
种群数量
时间
0
t1
t2
（1）曲线图分析：
AB段：
潜伏期，种群基数小，需要适应新环境，增长较缓慢；
加速期，资源和空间丰富，出生率升高，种群数量增长迅速；
减速期，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，种群增长减缓；
饱和期，出生率约等于死亡率，种群增长速率几乎为0，种群数量达到K值，且维持相对稳定（在K值上下波动），此时种内竞争最剧烈。
转折期，种群数量为K/2，种群增长速率达到最大；
BC段：
C点：
DE段：
CD段：
K
种群数量
时间
0
B
C
D
E
t1
t2
A
K/2
6.建立数学模型——曲线图
种群“S”形增长的增长率和增长速率曲线
S型曲线增长速率曲线
增长速率
时间
A
B
C
D
E
t1
t2
S型曲线增长率曲线
增长率
0
t1
t2
时间
K
种群数量
时间
0
B
C
D
E
t1
t2
A
K/2
K
K/2
（2）种群的“S”形增长的其他曲线
在“S”形曲线中，种群增长速率先增大后减小，在种群数量为K/2时达最大，在种群数量为K时，变为0。增长率逐渐减小。
K
种群数量
时间
t0
t1
t2
K/2
K/2
增长速率
时间
t0
t1
t2
K
②t1之前(种群数量为0~K/2值时)，由于资源和空间相对充裕，种群增长速率
逐渐增大；
③当种群数量为K/2值时，出生率远大于死亡率，种群增长速率达到最大值；
④t1～t2(种群数量为K/2~K值时)，由于资源和空间有限，当种群密度增大时，种内斗争加剧，天敌数量增加，种群增长速率逐渐下降；
⑤t2时(种群数量为K值时)，种群数量达到K 值，此时出生率等于死亡率，种群
增长速率为0，种群处于动态平衡中。
①t0 时，种群数量N0，种群增长速率为0；
小积累
K值的表示方法
K/2
增长速率
时间
t0
t1
t2
K
出生率或死亡率
时间
t0
t1
t2
出生率
死亡率
K/2
K
K
种群数量
时间
t0
t1
t2
K/2
个体百分比
时间
t0
K
出生率
死亡率
种群数量达到K值时，种群—增长停止
种群数量在 K/2值时，种群—增长最快
（1）图中阴影部分表示什么？
（2）环境阻力如何用自然选
择学说内容解释？
（3）“S”形曲线中，有一段时期近似于“J”形曲线，这一段是否等同于“J”形曲线？为什么？
环境阻力
“S”形曲线的开始部分≠“J”形增长，“S”形曲线从始至终具有环境阻力。
6.种群增长的“J”形曲线与“S”形曲线
“J”形曲线无 K值, 无环境阻力，如无种内斗争, 无天敌。“S”形增长是“J”形增长在自然界环境阻力作用下发展的必然结果。
“J”形增长
“S”形增长
环境阻力
环境阻力(按自然选择学说，它就是在生存斗争中被淘汰的个体数量)。
两种增长曲线的主要差异是:
环境阻力的有无
7. K值与K/2值在实践中的应用:
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？
场景1
K
种群数量
时间
0
B
C
D
E
t1
t2
A
K/2
应使被捕鱼群的种群数量保持在K/2水平，因为在这个水平上种群增长速率最大
渔业捕捞应在 。
K/2以后
——“黄金开发点”
机械捕杀
施用激素
药物捕杀
施用避孕药
养殖或
释放天敌
断绝或减少食物来源
增大
死亡率
降低环境
容纳量
打扫卫生
控制家鼠数量的思路和相应具体措施
降低
出生率
是防治有害生物
的根本措施。
场景2
怎样做才能最有效的灭鼠？
场景2
K
种群数量
时间
0
B
C
D
E
t1
t2
A
K/2
增大环境阻力→降低K值→防治老鼠
如断绝或减少它们的食物来源；养殖或释放它们的天敌，等等。
①降低环境容纳量;
②在 捕杀。
K/2前
灭鼠时及时控制种群数量，严防达到K/2值，若达到该值，会导致该有害生物成灾。
防治有害生物的根本措施。
场景3
野生大熊猫种群数量锐减的关键原因是什么？
野生大熊猫的栖息地遭到破坏，食物和活动范围缩小，K值降低。
保护大熊猫的根本措施是什么？
建立自然保护区，改善栖息环境，提高环境容纳量。
【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、鱼的养殖量不超过K值 → 合理确定
载畜量、鱼的养殖量
K/2值
渔业捕捞应在种群数量在K/2以上进行，
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
东亚飞蝗种群数量的波动
在自然界，有的种群能够在一段时期内维持数量的相对稳定。
对于大多数生物种群来说，种群数量总是在波动中。
①种群数量的相对稳定
②种群数量的波动
在K值不变的情况下，种群的数量总是围绕着K值上下波动。K值是种群数量波动的平均值，波动中的生物，在某些特定条件下可能出现种群爆发。
三、种群数量的波动
③种群数量的爆发
处在波动状态的种群，在某些特定条件下可能出现种群爆发。如蝗灾、鼠灾、赤潮等。
东亚飞蝗在我国的大发生没有周期性规律，干旱是大发生的主要原因。在黄河三角洲上的湿生草地，若遇到连年干旱，土壤中的蝗卵成活率就会提高，这是造成蝗虫大发生的主要原因。在淮河流域，前一年大涝，第二年飞蝗大发生的概率最大。故河北蝗区常出现“先涝后旱，蚂蚱成片”，“大水之后，必闹蝗灾”的情况。
④种群数量的下降
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。如遭遇人类乱捕滥杀和栖息地破坏。
种群的延续需要有一定的个体数量为基础。当一个种群的数量过少，种群可能会由于近亲繁殖等原因而衰退、消亡。
对于那些已经低于种群延续所需要的最小种群数量的物种，需要采取有效的措施进行保护。
①非生物因素：气候条件、水资源等。
②生物因素：天敌、食物、病原体等其他生物的影响，人 类的捕杀以及本物种其他个体对空间资源的竞争等。
种群数量波动的原因:
种群数量的波动
（1）有利于野生生物资源的合理利用及保护。
研究意义
（2）对有害动物的防治。
（3）有利于对濒危动物种群的拯救和恢复。
四、探究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:
异养兼性厌氧型
主要是出芽生殖
1.实验目的：
探究培养液中酵母菌种群数量的变化并总结影响种群数量变化的因素。
2.实验原理：
(1)用液体培养基培养酵母菌，种群的增长受______________、______、_____、________等因素的影响。
(2)在理想的无限环境中，酵母菌种群呈“J”形增长；自然界中_____________总是有限的，酵母菌种群呈“S”形增长。
(3）计数酵母菌数量可用__________法。
培养液的成分
空间
pH
温度
资源和空间
抽样检测
3.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。
3.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？
4.作出假设：
培养液中的酵母菌数量一开始呈“J”形增长；随着时间的推移， 酵母菌数量呈“ ”形增长。
S
5.实验设计
变量分析：自变量： ；因变量： ；
无关变量 等。
时间
酵母菌数量
培养液的体积
以时间为自变量，以酵母菌种群数量为因变量。对培养液中的酵母菌数量进行定时检测并记录。
设计思路
将试管放在28℃的恒温箱中培养7天
培养
将酵母菌接种到支试管中
接种
每天取样计数酵母菌的数量，连续观察7天并记录这7天的数值。
计数
将10ml马铃薯培养液或肉汤培养液加入试管中
准备
实验关键
怎样进行酵母菌的计数？
计数工具——血细胞计数板
①酵母菌的计数方法：
抽样检测法
血细胞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，由于血细胞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。
滴液处
血细胞计数板是由一块厚的玻璃片特制而成，玻片中有四条下凹的槽，构成三个平台，中间的平台较宽，其中部被一个横向的凹槽分为上下两部分，上下两部分各有一个方格网，每个方格网分9个大方格。中央的一个大方格为计数用，称为计数室。一块血细胞计数板有两个计数室。供微生物计数用。
计数板正面
方格网
计数室
计数板侧面
每块计数板由H形凹槽分为2个同样的计数区。
每个计数区分为9个大方格。
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。
① 0.1mm的含义
② 1/400mm2的含义
计数室的深度为0.1mm
计数室（中间大方格，共有400小方格）的长和宽各为1mm，其体积为1mm×1mm×0.1mm=0.1mm3。
大方格
中方格
小方格
大方格
中方格
小方格
25×16型
16×25型
16（中格）×25（小格）
25（中格）×16（小格）
计数室的规格有两种
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，体积均为 mm3，合_________mL。
0.1
10-4
培养液中酵母菌种群数量的变化
16×25型：
(16（中格）×25（小格）)
一般取四角的4个中方格（25×4=100个小方格）计数。
25×16型：
(25(中格)×16(小格))
一般取4个角和最中间的，共5个中方格（16×5=80个小方格）计数。
A1
A2
A3
A4
A5
1mL=1cm3=103mm3
计数一个小方格内酵母菌数量，再以此为依据估算培养液中酵母菌总数。
X
1mL
=
0.1mm3(10-4mL)
每个小方格中细胞的个数×400
=每个小方格中细胞的个数×400×104×稀释倍数
压线的菌体计上不计下，计左不计右
1mL培养液中细胞个数
6.实验步骤
酵母菌培养
液体培养基，无菌条件
取样
取样时，要轻轻振荡培养基，目的是使酵母菌均匀分布于培养基中
将含有酵母菌的培养液滴在盖有载玻片的血细胞计数板上，在显微镜下观察和计数，测定1 mL 培养液中的酵母菌个数。
观察并计数
7.显微镜计数操作步骤
将盖玻片放在计数室上
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
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，再以此为依据估算试管中酵母菌总数。
盖片
加酵母菌培养液
镜检计数
8.实验注意事项及误差分析
(1)先将盖玻片放在计数室上，再用移液器或吸管将培养液滴在盖玻片边缘，让培养液自行渗入的目的是？
避免因菌液过多顶起盖玻片而使计数室体积改变，减少实验误差，另外，也可防止气泡产生。
（2）待酵母菌全部沉降到计数室底部再计数。
如果酵母菌未能全部沉降到计数室底部，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。
（3）从试管中吸出培养液进行计数前要振荡试管生物目的是？
使培养液中酵母菌分布均匀，减少实验误差
只计数相邻两边(记上不记下、记左不记右
（4）对于压在小方格边线上的酵母菌应该如何计数？
稀释后再计数
（5）若一个小方格中酵母菌数量过多，难以观察清楚应该
如何处理？
（6）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。
本实验在连续培养并定时计数过程中形成自身对照。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。
（7）本探究需要做重复实验吗
需要。对每个样品取样3次，求平均值，以减少实验误差，使实验数据更加准确。
9.实验结果
计数的酵母菌都是活的吗？
计数的包括活菌和死菌。可以用台盼蓝染色（死亡细胞呈蓝色）。
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：
时间次数 1 2 3 4 5 6 7
1
2
3
平均
重复组
9.实验结果——绘图分析
0 1 2 3 4 5 6 7 时间/天
种群数量
数学模型
出生率>死亡率
出生率≈死亡率
出生率<死亡率
①营养物质消耗殆尽
②有害代谢产物积累
③pH改变
酵母菌数量为何会下降？
10.实验结论
酵母菌在开始一段时间类似“J”形增长，但随着时间的推移，由于资源和空间有限，将呈“S”形增长。
影响酵母菌种群数量增长的因素:
培养液的成分、空间、pH、温度、代谢产物等
种群数量的变化
种群数量的变化
种群增长模型
建构种群增长模型的方法
种群的“S”形增长
种群的“J”形增长
自然种群的数量变动
条件：食物和空间充裕、气候适宜、无天敌和其他竞争物种
特点：种群数量每年以一定倍数增长
一段时间内相对稳定(接近K 值）
条件：食物和空间有限
特点：种群增长速率先增大后减小，最后为0
K 值：一定环境条件下所能维持的种群最大数量
探究培养液中酵母菌种群数量变化（验证种群数量增长模型）
持续性的或急剧的下降，甚至衰退和消亡
规则或不规则波动。（K 值是种群数量波动的平均值，波动中的生物，在某些特定条件下可能出现种群爆发）
习题巩固
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，种群增长到一定数量就会保持稳定。
（ ）



习题巩固
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
习题巩固
3.某实验小组探究培养液中草履虫的种群数量变化，实验结果统计
如下表：
时间（天） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
数量（只/mL) 36 41 57 129 146 153 168 191 232 225 224
则该培养液中草履虫种群的环境容纳量（K值）是 （ ）
A.232 B.225 C.224 D.227
D
拓展应用
种群的“J”形增长和“S”形增长，分别会在什么条件下出现 你能举出教材以外的例子加以说明吗
在食物充足、空间广阔、气候适宜、没有天敌等优越条件下，种群可能会呈“J”形增长。例如，澳大利亚昆虫学家曾对果园中蓟马种群进行过长达14年的研究，发现在环境条件较好的年份，它们的种群数量增长迅速，表现出季节性的“J”形增长。在有限的环境中，如果种群的初始密度很低，种群数量可能会出现迅速增长，随着种群密度的增加，种内竞争就会加剧，因此，种群数量增加到一定程度就会停止增长，这就是“S”形增长。例如，栅列藻、小球藻等低等植物的种群增长，常常具有“S”形增长的特点。