高二生物人教版选择性必修二 1.2 种群数量的变化 课件（31张ppt）

(共31张PPT)
第2节 种群数量的变化
【本节聚焦】
1.怎样建构种群增长的模型？
2.种群的数量是怎样变化的？
[活动1]根据以下学习目标，阅读P7-10，完成《金版》P1【课前预习 思维启动】。
【学习目标】
①通过探究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。
④关注人类活动对种群数量变化的影响。
环节一 预习效果检测
1.数学公式、曲线图模型均属于数学模型（ ）
2.不同种生物的K值各不相同，但每种生物的K值固定不变（ ）
3.外来入侵物种进入一个新环境中必定表现为“J”形增长（ ）
4.种群数量变化的全部内容就是“J”形和“S”形增长（ ）
5.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( ）
6.培养酵母菌时培养液中酵母菌的种群数量在培养早期呈“J”形增长（ ）
√
×
×
×
×
√
本节内容总览
种群数量的变化
下降
波动
增长
构建种群增长模型的方法
种群的“J”型增长
种群的“S”型增长
【探究.实践】培养液中酵母菌种群数量的变化
稳定
环节二 课堂深化探究
一、构建种群增长模型的方法
[探究任务1]构建细菌种群数量增长的数学模型
活动流程：根据以下背景材料，完成有关思考题。
在条件允许的情况下，某种细菌每20min就通过分裂繁殖一代。
【探究思考】
1.计算1个细菌繁殖不同时间所获得的后代数量，并填入表格中(P8)
2.利用表格中数据画出细菌的种群增长曲线（P8）
3.用公式表示出第n代的细菌数量Nn
一个细菌在不同时间产生后代的数量
时间（min) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
繁殖代数(Nn) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
数量（个）
2
4
8
16
32
64
128
256
512
1
Nn=1×2n
[思考1]这里总共呈现了哪些数学模型？
表格、公式、曲线图
[思考2]不同数学模型的优缺点：
①数学公式：科学、准确，但不______。
②曲线图：直观但不够________。
直观
准确
【小结】构建种群增长模型的方法—建立数学模型
数学
曲线图
提出问题
假设
性质
实验
观察
检验或修正
【针对训练】下列关于建构种群增长模型方法的说法，不正确的是(　　)
A.曲线图能直观地反映出种群数量的增长趋势
B.数学模型就是用来描述一个系统或它的性质的曲线图
C.数学模型可描述、解释和预测种群数量的变化
D.在数学建模过程中也常用到假说一演绎法
B
[思考3]该公式和曲线是对理想条件下细菌数量增长的推测，在自然界中，种群的数量变化情况是怎样的呢？
[活动2]分析P8【思考.讨论】完成有关讨论题。
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。
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所示。
[讨论1]这两个资料中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。
[讨论2]种群出现这种增长的原因是什么？
食物充足，缺少天敌等。
二、种群的“J”形增长
【注意】该曲线的起点不是原点。
（一）产生条件
理想状态，环境资源无限——食物和空间条件充裕，气候适宜，没有敌害等。
（二）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，即持续快速增长。
λ=
本年的数量/前一年的数量
（三）公式：t年后种群的数量为
Nt=N0 λt
（N0为起始数量， t为时间，Nt表示t年后该种群的数量，λ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数）
①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
②外来入侵物种的种群数量变化
③实验室条件
[探究任务2]“J”形曲线的特点（关于“λ”）
活动流程：请分析在λ＞1、λ=1、λ＜1时的种群数量分别发生怎么的变化。分别描述出λ=1.2，λ=1，λ=0.8时曲线的趋势。
λ=Nt/Nt-1
①λ＞1，种群数量______
②λ=1，种群数量_______
③λ＜1，种群数量______
增加
不变
减少
λ=1.5
λ=1.2
λ=1
λ=0.8
λ>1且恒定
[思考4]种群数量要呈“J”形增长，λ的值需要符合哪些条件？
【针对训练】据图说出种群数量如何变化
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
[探究任务3]“J”形曲线的特点（关于“增长速率”）
活动流程：①计算相邻两代间的种群的增长速率（计算前几代看出规律即可，不用算出最后数据）
②用函数图像表示增长速率与时间的关系
增长速率=（下一代数量-本代数量）/时间间隔
时间
增长速率
“J”型增长的特点：种群数量按照固定的倍数增长，增长速率越来越大，经过一段时间后，容易出现爆发式增长
代数 增长速率
1 1/20
2 1/10
3 1/5
4 4/5
5 8/5
6 16/5
7 32/5
8 64/5
[思考5]如果遇到资源、空间等方面的限制，种群还会呈“J”形增长吗？
【情境分析】生态学家高斯（G.F.Gause,1910-1986）曾经做过单独培养大草履虫的实验：在0.5 mL培养液中放入5个大草履虫，然后每隔24h统计一次大草履虫的数量。经过反复实验，得出了如表所示的结果。　　
时间（天） 1 2 3 4 5 6 7
数量 5 50 110 290 375 375 376
三、种群的“S”形增长
（一）产生条件
资源和空间有限，天敌的制约等（即存在环境阻力）
[活动3]请尝试解释为什么存在环
境阻力就会使得种群数量最终维持在一定水平而不能无限增加？
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，死亡率升高
出生率=死亡率时，种群稳定在一定水平
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
种群数量增长的“S”形模型
[探究任务4]“S”形曲线的特点（关于“增长速率”）
活动流程：①计算相邻两代间的种群的增长速率（计算前几代看出规律即可，不用算出最后数据）
②用函数图像表示增长速率与时间的关系
时间（天） 1 2 3 4 5 6 7
数量 5 50 110 290 375 375 376
c
a
b
d e
【针对训练】据图分析曲线的变化
（1）0～K/2时，出生率_____死亡率，种群数量增加_______。
（2）K/2时，出生率与死亡率的差值最大，种群增长速率(斜率)_____。
（3）K/2～K时，出生率______死亡率，但差值在减小，种群数量增长______。
（4）K值时，出生率______死亡率，种群数量达到最____，种内竞争最_____。
（5）在种群数量为K/2、K时该种群的年龄结构分别是__________、__________。
K
K/2
>
大
增长型
稳定型
>
最大
=
剧烈
缓慢
迅速
当种群数量为K/2时，种群的增长速率最大
当种群数量为K时，种群的出生率＝死亡率
[探究任务4]“S”形曲线的特点（“K值”和“K/2值”的应用）
活动流程：
①结合P10【思考.讨论】完成有关思考题掌握K值的应用。
②结合生活体验以及“S”形曲线增长速率的相关知识，掌握K/2的应用。
（一）K值及其应用
1.种群数量到达K值后就不再变化了吗？
2.K值是不是种群数量的最大值？
3.同一种群的K值是固定不变的吗？
在K值上下波动，动态平衡。
不是；K值是种群在一定环境条件下所能维持的种群最大数量。
不是
食物减少和活动范围缩小等不利条件下，K值会变小。食物充足和生存空间扩大等有利条件下，K值会增大。
K值的大小与环境阻力的大小有关
K值的应用
保护野生生物资源
防治有害生物
合理确定载畜量
减小环境阻力，增大K值
熊猫基地多种竹子等
增大环境阻力，减小K值
防治老鼠蟑螂：养殖或者释放天敌、打扫卫生、硬化地面、将食物储存在安全处。
草原最大载畜量不超过K值
（二）K/2值及其应用
K/2值的应用
渔业捕捞后的种群数量要维持在_____值
_____值前防治有害生物，严防达到____值
K/2
K/2
K/2
【针对训练】假设草原上散养的某种家畜种群呈S形增长，该种群的出生率和死亡率随时间的变化趋势如图所示。若要持续尽可能多收获该家禽，则应在种群数量合适时开始捕获，下列四个时间点中合适的是（ ）
A.t1
C.t3
B.t2
D.t4
B
[探究任务5]“J”型曲线与“S”型曲线的比较
项目 “J”形曲线 “S”形曲线
增长模型
前提条件
K值有无
适用范围
食物、空间条件充裕
气候适宜
没有敌害、疾病
食物、空间有限
各种生态因素综合作用
无
有
实验条件下或种群迁入新环境最初一段时间
自然种群
两种增长曲线的差异主要是因________________不同，对种群增长的影响不同。
环境阻力大小
【思考】下图体现了“J”形和“S”形曲线之间的关系，二者之间的阴影部分代表什么？
环境阻力(按自然选择学说，即在生存斗争中被淘汰的个体数量)。
四、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。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、赤潮等。
（一）种群数量波动的原因
1.非生物因素：
2.生物因素：
气候条件、水资源等。
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。
（二）种群数量波动产生的影响
影响结果 原因分析 实例
种群常处于明显的波动状态，说明制约其种群数量变化的因素较少或也处于不稳定中，在某些特定条件下可能出现种群爆发
种群的延长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
易成灾
蝗灾、鼠灾、赤潮等是种群数量爆发增长的结果
易消亡
有的鲸濒临灭绝、大熊猫等珍稀动物不加强保护也极易灭绝
五、【探究.实践】培养液中酵母菌种群数量的变化
1.提出问题：
培养液中酵母菌的数量是怎样随时间变化的？
2.作出假设：
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
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。
（一）实验前准备
（二）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.统计酵母菌数量可用_____________法。
培养液的成分
空间
pH
温度
资源和空间
抽样检测
（三）实验流程
液体
无菌
均匀
酵母菌
数量变化规律
（四）实验结果
在封闭环境中，无外源物质和能量的补充，随着时间推移，由于营养物质的______、有害代谢产物的______、pH的_________，酵母菌数量开始下降。
消耗
积累
改变
归纳：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
【酵母菌的计数方法】
抽样检测法
1.将盖玻片放在血细胞计数板的计数室上。
2.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。
如果先加培养液再盖盖玻片，那么盖玻片可能由于已加入液滴的表面张力而不能严密地盖到计数板表面，使计数室内部液体增多，导致计数结果偏高。
3.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。
4.计数一个小方格内酵母菌数量，再以此为依据估计试管中酵母菌总数。
计数室
计数室（中间大方格）的长和宽各为1mm，深度为0.1mm，其体积为______mm3 ，合_________mL。
1mm
0.1
1×10-4
计数室分为 25 中格（双线边）
每一中格又分为16小格
计数室是由___________个小格组成
注：有的是16中格，25小格，共400小格。
25×16=400
注：1毫升=1立方厘米
如何计数？
样方法
=A ×5×104
例：取1mL培养液，稀释B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？
×B(稀释倍数)
1.酵母菌种群密度计算公式
一个计数室内酵母菌总数
10-4ml
酵母菌种群密度＝
×稀释倍数
2.酵母菌总数计算公式
一个计数室内酵母菌总数
10-4ml
酵母菌
种群密度
×
培养液
体积（ml）
稀释倍数
×
＝
1.从试管中吸出培养液进行计数之前，需将试管轻轻振荡几次，其目的是___________________________________________________
2.本实验需要设置对照吗？
3.本实验进行重复实验目的是_______________________________。
4.如果一个小方格内酵母菌过多，难以数清，应当采取的措施是_______________________________________。
为了是培养液中的酵母菌均匀分布，以保证估算的准确性。
本实验中存在自身前后对照（酵母菌在不同时期的数量相互对比），不需要另外设置对照。
提高数据的准确性，避免偶然误差
稀释一定倍数（如10倍）后重新计数
【实验操作分析】
注：每次取样前应将培养瓶振荡摇匀，取样后稀释一定倍数。
5. 怎么分辨死亡细胞和有活性的细胞？
死亡细胞多集结成团；可以借助台盼蓝染色（死亡细胞呈蓝色）
6.对于压在小方格界线上的酵母菌应当怎样计数
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。
【针对训练】下列关于本实验的相关操作，判断对错。
①培养酵母菌时，必须去除培养液中的溶解氧。　
②将适量干酵母放入装有一定浓度葡萄糖溶液的锥形瓶中，在适宜条件下培养。
③将培养液振荡摇匀后，用吸管从锥形瓶中吸取一定量的培养液。　
④在血细胞计数板中央滴一滴培养液，盖上盖玻片，并用滤纸吸去边缘多余培养液。
⑤将计数板放在载物台中央，培养液渗入计数室时应立即开始在显微镜下观察、计数。　
⑥计数时，压在小方格界线上的酵母菌应计相邻两边及其顶角。显微计数结果比实际结果偏大。　
⑦早期培养不需取样，培养后期每天取样一次
×
√
√
×
×
√
×
待酵母菌全部沉降到计数室底部后才能计数
死细胞会被计入
【针对训练】下列对“探究酵母菌种群数量变化规律实验”的叙述，正确的是( )
A. 用血细胞计数板计数酵母菌个数时，取适量培养液直接滴加到计数室内
B. 对于压在一个方格界限上的酵母菌的处理方法是计数四条边及其顶角的酵母菌数
C. 已知血细胞计数板的方格为2 mm×2 mm，若盖玻片下经稀释10倍的培养液厚度为0.1 mm，计数时观察值为M，则10 mL培养液中酵母菌的总数约为2.5M×105个
D. 与一般的生物实验一样，该探究实验也需要单独设置对照组
C
X
1mL
=
0.1mm3(10-4)
每小方格中细胞的个数×400
X
10mL
=
2 X 2 X 0.1mm3(10-4)
M
X × 稀释倍数
=2.5M×105