人教(2019)选择性必修2课件：1-2 种群数量的变化(共58张PPT)

(共58张PPT)
第1章　种群及其动态
第2节　种群数量的变化
人教(2019)选择性必修2课件
课标要点 学法指导
1．了解构建种群增长模型的方法 2．尝试建立数学模型解释种群的数量变化 3．活动建议：探究培养液中酵母菌种群数量的变化 1．通过“J”形增长和“S”形增长的数学模型的分析与比较，培养归纳、比较及运用模型分析问题的能力(科学思维)
2．通过实验 “探究培养液中酵母菌种群数量的变化”培养实验方案的设计与实施能力，以及对实验结果的分析与评价能力(科学探究)
知识导图


　　　　建构种群增长模型的方法
1．数学模型
概念：用来描述一个系统或它的性质的________形式。
2．研究方法或步骤
观察研究对象，提出问题→作出______________→根据实验数据，用适当的________形式对事物的性质进行表达→进一步实验或观察，对模型进行______________。
数学　
合理的假设　
数学　
检验或修正　
3．表达形式
(1)数学公式：______________，但不够直观。
(2)________：直观，但不够精确。
科学、准确　
曲线图　
同数学公式相比，曲线图有什么优点？如果是在培养基中培养，细菌的数量会一直按照上述数学模型增长吗？为什么？
提示：与数学公式相比，曲线图能更直观地反映出种群数量的增长趋势。不会。因为培养基中的营养物质有限，空间等也有限，细菌不可能无限繁殖
微思考
建立种群数量变化的数学模型一般不需要 (　　)
A．观察研究对象，提出问题，提出合理的假设
B．根据实验数据，用适当的数学形式对种群数量变化进行表达
C．通过进一步实验或观察，对数学模型(公式或曲线)进行检验或修正
D．进行对照实验
【答案】D　
【解析】建构种群增长模型的研究方法为观察研究对象，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种群数量变化进行表达→通过进一步实验或观察，对数学模型(公式或曲线)进行检验或修正。此实验在时间上形成前后自身对照，无须设置对照实验，但要设置平行重复实验，求得平均值。
　　　　种群的“J”形和“S”形增长
1．种群增长的“J”形曲线
(1)含义：在理想条件下的种群，以______为横坐标，以__________为纵坐标画出的曲线图，曲线大致呈“J”形。
(2)“J”形增长的条件：____________条件充裕、气候适宜、没有天敌和其他竞争物种等。
(3)模型假设：种群的数量每年以_____________增长，第二年的数量是第一年的λ倍。
(4)建立模型：t年后种群数量为___________。
时间　
种群数量　
食物和空间　
一定的倍数　
Nt＝N0·λt　
2．种群增长的“S”形曲线
(1)含义：种群经过一定时间的增长后，数量__________的增长曲线，增长曲线呈“S”形。
(2)成因：自然界的资源和空间总是________，当种群密度增大时，种内竞争就会________，以该种群为食的动物的数量也会________。使该种群的出生率______，死亡率______。当死亡率与出生率相等时，种群的增长就会停止。
趋于稳定　
有限的　
加剧　
增加　
降低　
增高　
(3)K值：又称_____________，在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中所能维持的_______________。
(4)应用：建立自然保护区，提高其______________。这是保护大熊猫的根本措施。
环境容纳量　
种群最大数量　
环境容纳量　
种群增长的“S”形曲线中，种群数量为K/2、K时该种群的年龄结构分别是哪种类型？出生率与死亡率的大小分别有什么关系？
提示：增长型，稳定型。出生率＞死亡率，出生率＝死亡率
微思考
判断下列表述是否正确。
(1)在理想条件下，影响种群数量增长的因素主要是环境容纳量。 (　　)
(2)对于“S”形曲线，同一种群的K值是固定不变的，与环境因素无关。 (　　)
(3)“J”形增长曲线的增长率是一定的，而增长速率逐渐增加。 (　　)
(4)培养液中酵母菌的种群数量在培养早期呈“J”形增长。 (　　)
【答案】(1)×　(2)×　(3)√　(4)√
　　　　种群数量的波动
1．在自然界，有的种群能够在一段时间内维持数量的_________。
2．对于大多数生物的种群来说，种群数量总是在________中。处于波动状态的种群，在某些特定条件下可能出现__________。
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________。当一个种群的数量过少，种群可能会由于近亲繁育等原因而______________。
相对稳定　
波动　
种群爆发　
下降　
衰退、消亡　
自然环境中，种群的数量一定低于K值吗？说出你的理由。
提示：不一定。自然环境中，大多数种群数量围绕K值上下波动，故种群数量可以高于K值，但不会维持很长时间
微思考
如图是某种群增长的曲线，下列有关叙述不正确的是 (　　)
A．该曲线近似于“S”形增长曲线
B．K值是环境条件所允许达到的种群最大数量
C．种群数量达到K值后固定不变
D．种群数量达到K值后，会随环境条件变化而上下波动
【答案】C　
【解析】据图分析，该种群数量先增加，后保持相对稳定，种群数量呈现“S”形增长，A正确；K值是环境条件所允许达到的种群最大数量，又称环境容纳量，B正确；种群的K值不是固定不变的，种群数量达到K值后，会随环境条件变化而在K值附近波动，C错误，D正确。
种群的“J”形和“S”形增长曲线
[知识归纳]
1．种群增长的“J”形和“S”形曲线的比较
项目 “J”形曲线 “S”形曲线
适用 条件 理想条件：①食物、空间条件充裕；②气候适宜；③没有天敌和其他竞争物种 自然条件：①资源、空间有限；②受种内竞争、天敌等生物因素和其他非生物因素制约
2．有关K值的可变性分析
(1)K值并不是固定不变的。当生存环境发生改变时，K值也会相应改变。
(2)种群数量达到K值后并不是一成不变的，而是围绕K值上下波动。
(3)K值不是种群数量的最大值，种群数量可能会超过K值。
3．K值的不同表示方法
注：图中A、B、C、D时间所对应的种群数量为K值，A′、B′、C′、D′时间所对应的种群数量为K/2值。
[对点精练]
1．种群在理想环境中，呈“J”形曲线增长(如下图中甲)；在有环境阻力条件下，呈“S”形曲线增长(如下图中乙)。下列有关种群增长曲线的叙述正确的是 (　　)
A．若该图表示草履虫种群增长曲线，当种群数量达到e点后，增长速率接近0
B．种群中出现环境阻力是在d点之后
C．若该图表示蝗虫种群增长曲线，则虫害的防治必须在c点进行
D．K值是环境容纳量，不随环境的变化而变化
【答案】A　
2．在调查某林场松鼠的种群数量时，计算当年种群数量与一年前种群数量的比值(λ)，并得到如图所示的曲线。据此图分析得到的下列结论中错误的是 (　　)
A．前4年该种群数量基本不变，第5年种群的年龄结构可能为衰退型
B．第4年到第8年间种群数量在下降，原因可能是食物的短缺和天敌增多
C．第8年时种群数量最少，第8年到第16年间种群数量增加，且呈“S”形曲线增长
D．如果持续第16年到第20年间的趋势，后期种群数量将呈“J”形曲线增长
【答案】C　
【解析】前4年，λ值为定值，λ1等于0，说明种群增长率为0，种群数量保持不变，第5年时λ1小于0，说明种群增长率为负值，种群数量下降，年龄结构可能为衰退型，A正确；第4年到第8年间λ1小于0，说明种群数量下降，影响种群数量的因素有气候、食物、天敌、传染病等，B正确；第8年到第10年间λ1仍然小于0，说明种群数量持续下降，第10年时种群数量最小，之后种群数量不断增加，与“S”形曲线增长不符，C错误；由图示曲线可知，第16年到第20年间λ＞2，且基本保持不变，说明种群增长率保持不变，种群数量将持续增加，即呈“J”形曲线增长，D正确。
【规律方法】　λ值含义及典型曲线解读
1．λ值含义
λ值是增长倍数，判断种群数量的变化“界点”是1。当λ＞1时，种群数量增加；当λ＝1时，种群数量稳定；当λ＜1时，种群数量减少。
2．典型曲线解读
(1)0～4年：λ＞1且恒定；种群数量呈“J”形增长。
(2)4～5年：尽管λ值减小，但仍大于1，种群数量一直增加。
(3)5～9年：λ＝1，种群数量维持相对稳定。
(4)9～10年：λ＜1，种群数量不断减少。
(5)10～11年：λ＝0.5，仍小于1，种群数量不断减少。
(6)11～12年：尽管λ呈上升趋势，但仍小于1，故种群数量持续减少，至12年时种群数量达到最少。
(7)12～13年：λ＞1，种群数量开始不断增加。
[知识归纳]
1．实验原理
(1)用液体培养基培养酵母菌，种群的数量增长受培养液的成分、培养的空间、pH、温度等因素的影响。
(2)培养液中酵母菌数量开始一段时间呈“J”形增长，随时间推移，营养物质消耗，有害代谢产物积累，pH改变，酵母菌数量呈“S”形增长。
(3)计算酵母菌数量可用抽样检测的方法——显微计数法。
培养液中酵母菌种群数量的变化
2．探究步骤
(1)接种：将10 mL无菌马铃薯培养液或肉汤培养液加入试管中。将酵母菌接种到试管的培养液中。
(2)培养：将试管放在25 ℃条件下培养。
(3)取样计数：每天取样计数酵母菌数量。用血细胞计数板在显微镜下计数，估算10 mL酵母菌的初始种群数N0，然后连续观察7天，记录每天的数值。
(4)绘制曲线：分析数据，以时间为横坐标，酵母菌数量为纵坐标，画出坐标曲线图，分析曲线走向，揭示酵母菌种群数量变化规律。
3．实验结果分析
(1)酵母菌增长曲线图：

(2)分析：
①增长：在开始时培养液的营养充足，空间充裕，酵母菌大量繁殖，种群数量剧增。
②稳定：随着酵母菌数量的不断增多，营养消耗、pH变化、有害产物积累等，酵母菌死亡率逐渐升高，当死亡率等于出生率时，种群数量不再增长。
③衰退：生存条件不断恶化，种群数量下降。
【拓展延伸】　单细胞的计数方法——血细胞计数板计数法
(1)血细胞计数板
血细胞计数板是一块比普通载玻片厚的特制玻片。它由四条下凹的槽构成三个平台。中间的平台较宽，它的中间被一个短横槽隔为两半，每个半边上刻有一个方格网(如图A)。每个方格网上有9个大方格，其中只有中间的一个大方格为计数室，供计数用。这个大方格长和宽各为1 mm，深度为0.1 mm，容积为0.1 mm3。
计数室通常有两种规格，一种是大方格分为16个中方格，每个中方格又分为25个小方格；另一种是大方格分为25个中方格，每个中方格又分为16个小方格。这两种规格的计数室，每个大方格都由400小方格组成。
(2)计数公式
①以25(中方格)×16(小方格)的血细胞计数板为例，计数时共计数图B中颜色加深的5个中方格(共80个小方格)内的酵母菌。对正好位于边界线上的酵母菌，在计数时应只计数相邻两边上的酵母菌(可依据“计上不计下，计左不计右”的原则)。
根据下列计算公式，计算1 mL悬液中的酵母菌数量：
1 mL悬液中酵母细胞数＝(80个小方格内酵母细胞个数/80)×400× 104×稀释倍数。
②16(中方格)×25(小方格)的血细胞计数板计算公式：1 mL悬液中酵母细胞数＝(100个小方格内酵母细胞个数/100)×400×104×稀释倍数。
[对点精练]
1．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①～⑤的操作，其中操作正确的是 (　　)
①将适量干酵母菌放入装有一定浓度马铃薯培养液的锥形瓶中，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1滴培养液，盖上盖玻片　④用滤纸吸去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
A．①②③ B．①③④
C．②④⑤ D．①④⑤
【答案】D　
【解析】①将适量干酵母菌放入装有一定浓度马铃薯培养液的锥形瓶中，在适宜条件下培养，酵母菌能进行有氧呼吸大量繁殖，①正确；②吸取培养液计数前要将试管轻轻振荡几次，目的是使培养液中的酵母菌均匀分布，减少误差，②错误；③利用血细胞计数板计数时，应先盖上盖玻片，在盖玻片的边缘滴加培养液，待培养液从边缘处自行渗入计数室，吸去多余培养液，再进行计数，③错误；
④用滤纸吸去血细胞计数板边缘多余培养液，④正确；⑤血细胞计数板加样后，需静置片刻再使用显微镜计数，这是因为计数室中的菌悬液有一定的高度(0.1 mm)，需要让细胞沉降到计数室底部的网格线中，避免细胞分布在不同液层深度，导致计数时被遗漏，⑤正确，故D正确。
2．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水样中蓝细菌的数量；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个中格内(每个中格内含16个小格)共有蓝细菌n个，则上述水样中蓝细菌种群密度约是多少？ (　　)
A．5n×105个/mL
B．5n×106个/mL
C．8n×105个/mL
D．8n×106个/mL
【答案】A　
【解析】通常数5个中方格的总菌数，然后求得每个小方格的平均值，再乘上400就得出一个大方格中的总菌数，然后再换算成1 mL菌液中的总菌数。蓝细菌细胞个数/mL＝[n/(5×16)]×400×10 000×稀释倍数＝5n×10 000×10＝5n×105，A正确。
【方法规律】　探究酵母菌种群数量变化实验的几个注意点
1．若探究的自变量是温度以外的其他因素，应将酵母菌培养液在适宜温度条件下培养。
2．从试管中吸出培养液进行计数前，需将试管轻轻振荡几次，使酵母菌均匀分布，计数更准确。
3．随着时间的延续，酵母菌种群数量的变化，在时间上形成前后自身对照，所以无须设置对照实验。但为了减小实验误差，必须重复实验，计数时取平均值。
4．计数时，若一个小方格内酵母菌过多，难以数清，可增大稀释倍数后再计数。对于压在小方格界线上的酵母菌，只计数相邻两边的酵母菌。
5．影响酵母菌种群数量的因素可能有养料、温度、pH及有害代谢产物等。
6．结果的记录最好用记录表，每天计数酵母菌时要在同一时间从不同试管中取样。
7．血细胞计数板清洗的正确方法是浸泡和冲洗，不能用试管刷蘸洗涤剂擦洗。
1．数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式，关于种群增长的数学模型有曲线图和数学方程式等形式。下列关于种群的“J”形增长曲线的叙述中，错误的是 (　　)
A．条件是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
B．“J”形增长曲线有K值，只是K值较大，图中没有表示出来
C．数学方程式模型可表达为t年后种群数量：Nt＝N0λt
D．“J”形增长模型中λ的含义为该种群数量是一年前种群数量的倍数
【答案】B　
【解析】“J”形增长的数学模型假设条件为食物和空间条件充裕、气候适宜、没有天敌等，A正确；“J”形增长的数学模型中，没有K值，B错误；N0为种群起始数量，t为时间，λ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数(λ＞1)，则t年后种群数量Nt＝N0λt，C正确；“J”形增长曲线的数学公式可表示为t年后种群数量Nt＝N0λt，其中λ表示该种群数量是前一年种群数量的倍数，D正确。
2．(2021·广东卷)如图是某“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　
【解析】本题考查种群数量增长模型中的S形增长模型。环境容纳量是指一定空间中所能维持的种群最大数量，种群达到环境容纳量时，其出生率与死亡率相等，种群的增长停止且稳定在一定的水平。由题图可知，当种群达到环境容纳量(K值)时，出生率等于死亡率，对应的种群数量是b，B正确。
3．(2021·浙江卷)大约在1800年，绵羊被引入到塔斯马尼亚岛，绵羊种群呈“S”形曲线增长，直到1860年才稳定在170万头左右。下列叙述正确的是 (　　)
A．绵羊种群数量的变化与环境条件有关，而与出生率、死亡率变动无关
B．绵羊种群在达到环境容纳量之前，每单位时间内种群增长的倍数不变
C．若绵羊种群密度增大，相应病原微生物的致病力和传播速度减小
D．若草的生物量不变而种类发生改变，绵羊种群的环境容纳量可能发生变化
【答案】D 　
【解析】绵羊种群数量除与环境条件有关外，出生率和死亡率也会影响种群数量的变化：出生率大于死亡率种群数量增加，死亡率大于出生率种群数量减少，A错误；绵羊种群呈“S”形曲线增长，种群在达到环境容纳量之前，每单位时间内种群增长趋势为先增加后减少，B错误；病原微生物的致病力和传播速度会随着绵羊种群密度的增加而增加，C错误；若草的生物量不变而种类发生改变，则绵羊的食物来源可能会受影响，故绵羊种群的环境容纳量可能发生变化，D正确。
4．(2020·江苏卷)下列关于“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化”实验的叙述，错误的是 (　　)
A．将酵母菌接种到培养液中，并进行第一次计数
B．从静置的培养液中取适量上清液，用血细胞计数板计数
C．每天定时取样，测定酵母菌细胞数量、绘制种群数量动态变化曲线
D．营养条件是影响酵母菌种群数量动态变化的因素之一
【答案】B　
【解析】该实验在时间上形成前后对照，因此将酵母菌接种到培养液中时要进行第一次计数，A正确；抽样检测时，需将培养液振荡、摇匀后取样，B错误；每隔一定时间测定酵母菌细胞数量，绘制种群数量动态变化曲线，C正确；营养条件、温度、pH、有害物质的积累等都是影响酵母菌种群数量变化的因素，D正确。
5．如图为种群增长的数学模型，回答下列问题：
(1)理想条件下，一个大肠杆菌每20 min就通过分裂繁殖一代，繁殖n代后大肠杆菌数量的计算公式是Nn＝________。“J”形增长的数学模型为Nt＝N0λt，其中λ的含义为________。
(2)如图所示的“S”形曲线中有a、b、c、d、e共5个关键点。种内竞争最激烈是在________段。
(3)图中甲曲线是探究培养液中酵母菌种群数量变化的实际曲线。
种群数量达到K值时，种群的出生率______ (填“大于”“等于”或“小于”)死亡率；图中阴影部分表示___________________；
a点以后甲曲线下降，可能是______________导致的。
【答案】(1)2n　该种群数量是前一年种群数量的倍数　(2)de
(3)等于　被淘汰的个体数(或因环境阻力而减少的个体数)　营养物质缺乏
【解析】(1)大肠杆菌属于原核生物，理想条件下，呈指数增长，一个大肠杆菌每20 min就通过分裂繁殖一代，繁殖n代后大肠杆菌数量的计算公式是Nn＝2n。“J”形增长的数学模型为Nt＝N0λt，其中λ的含义为该种群数量是前一年种群数量的倍数。(2)题图所示的“S”形曲线中有a、b、c、d、e共5个关键点。当出生率和死亡率相等时，种内竞争最激烈，对应的是图中的de段。(3)图示是种群增长的两种曲线：“J”形增长曲线和“S”形增长曲线。种群数量达到K值时，种群的出生率等于死亡率；图中阴影部分表示生存斗争中被淘汰的个体数；a点以后甲曲线下降，可能是营养物质缺乏导致的。