生物人教版（2019）选择性必修2 1.2种群数量的变化（共36张ppt）

(共36张PPT)
第2节 种群数量的变化
“J”形增长
“S”形增长
探究活动1:构建种群增长的数学模型
假如现有一种细菌，在食物、空间等充裕的条件下，每20min左右通过分裂繁殖一代，完成下列问题：
①72h后，由一个细菌分裂产生的后代数量是多少
②n代细菌数量是多少
③对细菌种群数量增长而言，在什么情况下2n公式成立
④这个公式揭示了细菌种群数量增长的什么规律
2216
1×２n
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
数学（指数增长）
01
建构种群增长模型的方法
画出细菌种群数量的增长曲线（以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标）。
1.数学模型：
用来描述一个系统或它的性质的数学形式。
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
讨论2.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？
Nn= 2n
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。
3.研究方法及实例
细菌每20min分裂一次，怎样计算繁殖n代的数量？
研究实例
研究方法
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，对自己年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
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。
分析自然界种群增长的实例
【思考·讨论】
【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。
环颈雉
讨论1.这两个资料中的种群增长有什么共同点？
讨论2.种群出现这种增长的原因是什么？
这两个资料中，种群数量增长曲线都大致呈“J”形。
食物和空间条件充裕、没有天敌、气候适宜、没有其他竞争物种等。
理想条件
探究活动2:种群增长“J”型曲线模型的构建
提出问题
模型假设
模型建立
模型校正
1、尝试建立种群增长的公式模型和种群增长“J”型曲线的建立
种群增长的“J”型曲线
在_______________________________________
___________________________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。
N0为该种群的起始数量，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。
如果遇到资源、空间等方面的限制，种群不会呈"J"型增长
食物和空间条件充裕、气候适宜、
没有天敌和其他竞争物种
t年后种群数量为
Nt= N0λt
2. 实例
福寿螺
福寿螺又名大瓶螺，原产于南美洲亚马逊河流域。1981年作为食用螺引入中国，因其适应性强，繁殖迅速，成为危害巨大的外来入侵物种
①新物种迁入的开始阶段
②实验室条件
【问题探究1】种群“J”形增长的增长率和增长速率曲线
种群增长的“J”型曲线
①增长率 =（现有个体数-原有个体数）/种群原有个体数
＝
×100％
增长率＝
末数－初数
Nt－Nt-1
Nt-1
初数
增长率＝λ-1
（λ>1，且不变）
1-4年，种群数量呈 形增长；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。
“J”
增长
相对稳定
下降
下降
11-12年下降，12-13年增长
5
12
【现学现用】据图说出种群数量如何变化
（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
N0λt-1（λ-1）
【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）。
种群的”J”形增长
种群的”J”形增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？
　 自然条件（现实状态）——食物等资源和空间总是有限的，种内斗争不断加剧，捕食者数量不断增加。导致该种群的出生率降低，死亡率增高．
1、【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
探究活动3：种群增长的“S”型曲线
大草履虫哪几天增长较快 何时处于稳定
经过一定时间的增长后，种群数量为什么会基本保持不变
大草履虫的数量在第2-3天增长较快，第5天以后基本维持在375个左右。
资源和空间是有限的。当种群密度增大时，种内斗争就会加剧，当死亡率升高至与出生率相等时，种群的增长就会停止，有时会稳定在一定的水平。
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、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。
【问题1】同一种群的K 值是固定不变的吗？
同一种群的K 值不是固定不变的
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。
【问题2】K 值 （是/不是）种群数量的最大值
不是
请据图分析：该种群的K 值为 。
K2
K值是环境容纳量,即在保证环境不被破坏的前提下所能容纳的最大值;种群所达到的最大值可能会超过K值,如过度繁殖。
3.种群“S”形增长曲线分析
（1）AB 段：出生速率 死亡速率，种群数量增加。
（2）B点（K/2）：出生速率与死亡速率差值 ，种群增长速率 。
（3）BC段：出生速率仍 死亡速率，但差值在减小，种群增长速率 。
（4）C点（K值）：出生速率 死亡速率，种群增长速率为 ，种群数量达到 ，趋于稳定。
A
B
C
大于
最大
最大
大于
下降
等于
0
最大（K 值）
请描绘S型曲线增长过程中增长速率随时间的变化曲线
项目 “J”形增长 “S”形增长
前提条件
相关曲线
特点 种群数量以恒定倍数连续增长， Nt＝N0λt 种群数量增长经历慢→快→慢，
最终达到K值后基本保持稳定
有无K值 无 有
4.种群“J”形和“S”形增长曲线之间的关系
理想状态：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
自然状态：①资源和空间有限；②种群密度增大时，种内竞争加剧
4.种群“J”形和“S”形增长曲线之间的关系
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。
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
5．K 值的应用
（1）实践应用1——野生生物的保护
①保护大熊猫的根本措施是什么？
建立自然保护区，给大熊猫更宽广的生活空间，改善它们的栖息环境，从而提高环境容纳量。
（2）实践应用2——有害生物的防治
机械捕杀
药物捕杀
增大
死亡率
？
养殖或
释放天敌
将食物储存在安全处
降低环境
容纳量
搞好卫生
防治有害生物的根本措施
硬化地面
——“黄金开发点”
A
B
C
A
B
C
①对资源开发与利用的措施
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）。
何时防治？
达到1/2K前
6．K/2值的应用
a.渔业捕捞应在 ;
b.捕捞后鱼的种群数量维持在 ;
理由是
因为K/2值之后开始捕捞，捕捞持续时间长，能有较大的捕获量。 捕鱼后保留在K/2值处，种群增长速率最大，种群数量恢复最快。
K/2以后
K/2
【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
探究活动 4: 种群数量的波动和下降
（1）种群数量的波动
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。但大多数生物的种群来说，种群数量总是在波动中。
2.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。
东亚飞蝗的爆发
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。
3.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。
捕鲸现场
网络构建
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：酵母菌是单细胞 生物，生长周期短，增殖速度快，可以用 培养基来培养。
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：
真核
液体
探究·实践·培养液中酵母菌种群数量的变化
5.实验设计
(1)变量分析：自变量： ；因变量： ；
无关变量： 等。
(2)怎样对酵母菌进行计数？
①方法： 法。②用具：试管、滴管、 等。
时间
酵母菌数量
培养液的体积、pH、培养的温度
抽样检测
血细胞计数板、显微镜
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
正面
侧面
计数室
血细胞计数板构造
血球计数板，通常是一块特制的载玻片，其上由四条槽构成三个平台。中间的平台又被一横短浅槽隔成两半，每一边的平台上各刻有一个计数室，计数室呈方格网状（也就是说，每个血球计数板有两个计数室）
计数室
大方格的长和宽各为1mm，深度为0.1mm，即1mm×1mm×0.1mm，其容积为0.1mm3；计数室通常有两种规格：25×16型，16×25型，不管计数室是哪一种构造，其每一大方格都是由400个小方格组成。
探究·实践·培养液中酵母菌种群数量的变化
如何计数？
五点取样法
A1
A2
A5
A3
A4
例：取1mL培养液，稀释100倍，然后计数，若 5个中方格中的酵母菌总数为A个，则该1mL培养液中酵母菌数量为？
换算成一个大方格中酵母菌的数量
将一个大方格（0.1mm3）换算成1ml
稀释倍数
A/5ⅹ 25 ⅹ 10ⅹ1000 ⅹ100
汉水丑生侯伟作品
③步骤：先将______________________________________→_______________
→_________________→让培养液___________→用滤纸吸去多余的培养液→_______________________________→显微计数一个小方格内的酵母菌数量→估算试管中酵母菌的总数。
盖玻片放在血细胞计数板的计数室上
用吸管吸取培养液
滴于盖玻片边缘
自行渗入
酵母菌全部沉降到计数室底部
若先加培养液再盖盖玻片可能由于液滴的表面张力导致计数室内部液体增多，也可能会产生气泡导致液体减少
（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数量过多，难以数清，应当采取什么措施？
（3）对于压在小方格界线上的酵母菌，应当怎样计数
使培养液中酵母菌分布均匀，以保证估算准确，减少误差。
可将培养液适当稀释一定倍数后再计数。
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。
探究·实践·培养液中酵母菌种群数量的变化
本实验需要设置对照吗
需要做重复实验吗 为什么？
怎样记录结果？记录表怎样设计？
不需要，因为本实验在时间上形成自身前后对照。
需要重复实验,以提高实验数据的准确性；对每个样品可计数三次，再取平均值。
次数 时间 1 2 3 4 5 6 7
1
2
3
平均
探究·实践·培养液中酵母菌种群数量的变化
6
7
8
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。