生物人教版(2019)选择性必修2 1.2种群数量的变化（共40张ppt）

(共40张PPT)
第1章 第2节
种群数量的变化
教学目标
1.通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化等活动，尝试建立数学模型表征和解释种群的数量变化。
2.举例说明种群的“J” 形增长、“S ”形增长、波动等数量变化情况。
3.阐明环境容纳量原理在实践中的应用。
第2节 种群数量的变化
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就通过分裂繁殖一代。
思考:
时间/min
细菌数量/个
细菌繁殖产生的后代数量
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
细菌数量
21
22
23
24
25
26
27
28
29
假设第一次分裂产生的细菌为第一代，请你算出一个细菌产生的后代在不同时间（单位为min）的数量，并填入下表
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就通过分裂繁殖一代。
讨论:
1.第n代细菌数量的计算公式是什么？
，第一次分裂产生的细菌为第一代数量为N0x2，第n代的数量为Nn= N0×2n。
设细菌初始数量为N0
时间/min
细菌数量/个
细菌繁殖产生的后代数量
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就通过分裂繁殖一代。
讨论:
时间/min
细菌数量/个
细菌繁殖产生的后代数量
2. 72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是
多少？
N0= 1
n＝ 60min ×72h／20min＝216
Nn＝1×２n ＝2216
3. 在一个培养瓶中，细菌数量会一直按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
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就通过分裂繁殖一代。
思考:
时间/min
细菌数量/个
细菌繁殖产生的后代数量
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。曲线图与数学方程式比较，有哪些优缺点？
Nn= N0×2n
曲线图：直观反映出种群增长趋势，但不够精确。
数学方程式：精确，但不够直观。
——建立数学模型
一、建构种群增长模型的方法
1.数学模型：
用来描述一个系统或它的性质的数学形式。
2．常见类型：
⑴数据分析表格
⑵数学方程
⑶坐标图（曲线图、柱状图等）
Nn= N0×2n
——建立数学模型
一、建构种群增长模型的方法
3.建立数学模型的步骤：
细菌每20min分裂一次
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
通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正
细菌数量是怎样变化的？
思考·讨论（课本第8页）
？
【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，环颈雉被引入美国一个岛屿，在1937－1942年期间，这个种群的数量增长情况如图：
自然界确有类似细菌在理想条件下种群数量增长的形式。
二、种群的“J”型增长
讨论:
（1）这两个资料中的种群增长有什么共同点
（2）种群出现这种增长的原因是什么
种群数量增长迅猛，且呈无限增长趋势。
食物充足、缺少天敌等。
二、种群的“J”型增长
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，曲线则大致呈“J”形，这种类型的种群增长称为“J”形增长
1.概念：
二、种群的“J”型增长
2.模型假设：
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
②增长特点：
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
3.建立模型：
t年后种群的数量为:
Nt=N0λt
一年后种群的数量为:
N1=N0λ1
二年后种群的数量为:
N2=N1·λ=
N0λ2
时间（t）
N0
种群数量Nt
二、种群的“J”型增长
时间（t）
N0
种群数量Nt
Nt=N0 λt
t：
Nt ：
λ ：
①当入=1时，种群数量如何变化
②当入>1时，种群数量如何变化
③当入<1时,种群数量如何变化
④当入>1时，种群一定呈“J”形增长吗
种群数量不变(相对稳定)
种群数量增长
种群数量下降
不一定;只有入>1且为定值时，种群增长才为“J”形增长
N0 ：
为起始数量；
为时间；
表示t年后该种群的数量；
表示该种群数量是前一年种群数量的倍数
4.增长率和增长速率：
①增长率 =
＝
×100％
增长率＝
末数－初数
Nt－Nt-1
Nt-1
初数
增长率＝λ-1
时间（t）
N0
种群数量Nt
（λ>1，且不变）
（现有个体数-原有个体数）/种群原有个体数
J”型曲线增长率不变
4.增长率和增长速率：
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)
（λ-1）N0λt-1
时间（t）
N0
种群数量Nt
（λ>1，且不变）
实质就是“J”型曲线的斜率
J”型曲线增长速率持续增大
1-4年，种群数量__________
4-5年，种群数量__________
5-9年，种群数量__________
9-10年，种群数量_______
10-11年，种群数量_____________
11-13年，种群数量_____________________前9年，种群数量第___年最高
9-13年，种群数量第______年最低
呈“J”形增长
增长
相对稳定
下降
下降
11-12年下降，12-13年增长
5
12
据图说出种群数量如何变化
巩固练习
思考·讨论（课本第8页）
？
【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，环颈雉被引入美国一个岛屿，在1937－1942年期间，这个种群的数量增长情况如图：
自然界确有类似细菌在理想条件下种群数量增长的形式。
二、种群的“J”型增长
讨论:
3.这种种群增长的趋势能不能一直持续下去 为什么
不能。因为资源和空间是有限的。
三、种群的“s”型增长
【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。　
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
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
三、种群的“s”型增长
2.“S”形增长的数学模型产生的原因
在自然资源和空间总是有限的。当种群密度增大时，种内竞争加剧，这就导致种群的出生率降低，死亡率升高。当死亡率升高至与出生率相等时，种群的增长就会停止，种群数量有时会稳定在一定水平
3、环境容纳量（K值）：
一定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。
K值
三、种群的“s”型增长
4.曲线图分析:
ab段：
种群基数小，需要适应新环境，增长较缓慢；
资源和空间丰富，种群数量增长迅速；
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
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：
种群数量达到K值，且维持相对稳定，种内斗争最剧烈，出生率约等于死亡率，种群增长速率几乎为0
出生率大于死亡率，但是差值逐渐减小，增长率逐渐 。
减小
三、种群的“s”型增长
5.增长速率和增长率:
K/2
t0 t1 t2 时间
种群数量
K
a
b
c
d
e
增长速率
a K/2 K 数量
a
c
e
t0 t1 t2 时间
增长速率
乙
增长率
时间
0
增长率
丙
丁
或
0
甲
增长速率先增大后减小
增长率持续减小
K值、K/2的四种不同表示方法
巩固练习:
K值
6.同一种群的K值是不是固定不变的呢
(1)K值不是一成不变的: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。
(2)在环境条件没有遭受破坏的情况下，种群数量会在K值附近上下波动(注意：K值不是最大值）。当种群数量偏离K值的时候，会通过负反馈调节使种群数量回到K值。
三、种群的“S”型增长
思考·讨论（课本第10页）
？
三、种群的“S”型增长
环境容纳量与现实生活
讨论1：有人说目前全世界人口数量已达到地球的环境容纳量，必须采取更加严格的措施控制人口出生率；有人却认为科技进步能提高地球对人类的环境容纳量，例如，育种和种植技术的进步，能提高作物产量，从而养活更多的人。对此你持什么观点？你有哪些证据支持你的观点？
提示：大家可以从不同角度作出回答，要言之有据。
讨论2：鼠害导致作用减产，蚊、蝇会传播疾病。从环境容纳量的角度思考，对家鼠等有害动物的控制，应当采取什么措施？
对鼠等有害动物的控制，可以采取器械捕杀、药物防治等措施。从环境容纳量的角度思考，还可以采取措施降低有害动物种群的环境容纳量，如将粮食和其他食物储藏在安全处，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；搞好环境卫生等等。
三、种群的“S”型增长
7.“S”型增长在实践中的应用:
①濒危物种的保护:
②对野生生物资源的合理利用:
③合理确定载畜量:
④有害生物的防治:
建立自然保护区，提高
环境容纳量
渔业捕捞应在数量达到 ;
捕捞后鱼的种群数量维持在 。
K/2以后
K/2
具体措施：养殖家猫捕食家鼠、搞好环境卫生、硬化地面、安全储藏食物等
最大载畜量不超过
K值
环境容纳量
降低 ,在数量达
到 捕杀
K/2之前
实例：如灭鼠时及时控制种群数量，严防达到____值，若达到该值，会导致该有害生物成灾。
K/2
三、种群的“S”型增长
8.种群增长的“J”形曲线与“S”形曲线
种群数量
时间
K
K/2
J
环境阻力
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
生存斗争中被淘汰的个体数。
不等同，已经存在环境阻力。
“J”型曲线无 K值, 无种内斗争, 无天敌。
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。
四、种群数量的波动和下降
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，但对于大多数生物来说，由于受到多种因素的影响，如气候、食物、天敌、传染病等，除此之外，还有出生率、死亡率、迁入率、迁出率、年龄组成、性别比例等，种群数量总是在波动中，表现为周期性和非周期性。
某地区东亚飞蝗种群数量的波动
四、种群数量的波动和下降
在不利条件之下，如遭遇人类乱捕滥杀和栖息地破坏，有些种群数量还会急剧下降，甚至消亡。
种群的延续需要有一定的个体数量为基础。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。对于那些已经低于种群延续所需的最小种群数量的物种，需要采取有效保护措施进行保护。
五、探究实践：培养液中酵母菌种群数量的变化
1、选材：酵母菌
①酵母真菌—真核生物
②兼性厌氧菌—属于异养生物
③进行出芽生殖和有性生殖
④有氧呼吸产生二氧化碳
无氧呼吸产生二氧化碳和酒精
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
C6H12O6
酶
2C2H5OH+ 2CO2 +（少量）能量
(1)酵母菌生长周期短，增殖速度快且世代间不重叠，在含糖的液体培养基(培养液) 中酵母菌繁殖很快，迅速形成一个封闭容器内的酵母菌种群，通过细胞计数可以测定封闭容器内的酵母菌种群随时间而发生的数量变化。
(2)养分、氧气、温度和代谢废物等是影响种群数量持续增长的限制因素。
2、实验原理
五、探究实践：培养液中酵母菌种群数量的变化
(1)用液体培养基培养酵母菌，种群的增长受培养液的成分、空间、pH、温度等因素的影响。
(2)在理想的环境条件下，酵母菌种群的增长呈“J”型曲线增长；在有环境阻力的条件下，酵母菌种群的增长呈“S”型曲线增长。
(3)计算酵母菌数量可用抽样检测的方法——显微计数法。
3、实验步骤
配制酵母菌培养液
接种酵母菌到培养液中
培养
计数
统计分析
得出结论
血细胞计数板计数
抽样检测法
计数室
血球计数板是一种专门用于计算较大单细胞微生物的一种仪器。
计数时，常采用抽样检测法。
血细胞计数板
计数室深度为0.1mm
计数室边长
为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
② 1/400mm2的含义
① 0.10mm的含义
计数室的深度为0.1mm
1个计数室的体积为0.1mm3
计数室
血细胞计数板
中方格
小方格
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。
血细胞计数板
计数公式：
1mL样品中酵母菌数=
A1+A2+A3+A4+A5
80
×400÷0.1mm3×103×稀释倍数
A1、A2、A3、A4、A5分别为五个中方格中的酵母菌数。
1mL=103mm3
=
80
×400×104×稀释倍数
A1+A2+A3+A4+A5
规格一：25×16型
A1
A2
A3
A4
A5
血细胞计数板
计数公式：
1mL样品中酵母菌数=
A1+A2+A3+A4
100
×400÷0.1mm3×103×稀释倍数
A1、A2、A3、A4、分别为四个中方格中的酵母菌数。
=
100
×400×104×稀释倍数
A1+A2+A3+A4
规格二：16×25型
A1
A2
A4
A3
1mL=103mm3
血细胞计数板
稍待片刻，待酵母菌全部沉降到计数室底部；
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。
血细胞计数板
为了使酵母菌分布均匀。
稀释培养液重新计数。稀释的目的是便于酵母菌悬液的计数，以每个小方格内含有4～5个酵母细胞为宜。
约定俗成的方法是 计上边左边及其夹角
4.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。
本实验不需要设置对照实验，因不同时间取样已形成自身对照。
1.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？
2. 如果一个小方格内酵母菌过多，难以数清，应当采取怎样的措施
3.对于压在小方格界线上的酵母菌，应当怎样计数
五、探究实践：培养液中酵母菌种群数量的变化
思考：
5.要做重复实验吗 为什么
需要做重复实验，目的是尽量减小误差，需对每个样品计数三次，取其平均值。
6.怎样记录结果 记录表怎样设计
每天计数酵母菌数量的时间要固定。结果记录最好用记录表，如下：
时间/d 1 2 3 4 5 6 ……
数量/个
五、探究实践：培养液中酵母菌种群数量的变化
思考：
7.如图为探究培养液中酵母菌种群数量变化的实验相关曲线，据图回答下列问题：
(1)相当一段时间内，酵母菌的增长符合哪种模型？
(2)de段曲线下降的原因可能有哪些？
“S”型曲线增长
营养物质随着消耗逐渐减少，有害产物逐渐积累，培养液的pH等理化性质发生改变等。
五、探究实践：培养液中酵母菌种群数量的变化
思考：
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。（ ）
练习与应用
×
×
×
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
二、拓展应用
1.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？
【答案】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。
2.假设你承包了一个鱼塘，正在因投放多 少鱼苗而困惑：投放后密度过大，鱼竞争加剧, 死亡率会升高；投放后密度过小，水体的资源和 空间不能充分利用。怎样解决这个难题呢？请査 阅有关的书籍或网站。
【提示】同样大小的池塘，对不同种类的鱼来说，环境容纳量是不同的。可以根据欲养殖的鱼的种类，查阅相关资料或请教有经验的人，了解单位面积水面应放养的鱼的数量。