1.2 种群数量的变化(共55张PPT)

(共55张PPT)
第2节
种群数量的变化
SW生老师
细菌繁殖产生的后代数量
讨论1. 第n代细菌数量的计算公式是什么？
Nn= N0×2n
假设细菌初始数量为N0
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。
问题探讨
讨论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
已知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。
填写下表：计算一个细菌在不同时间（单位为min）产生后代的数量。
时间/min 20 40 60 80 100 120 140 160 180
繁殖代数 1 2 3 4 5 6 7 8 9
细菌数量/个
2
4
8
16
32
64
128
256
512
问题探讨
讨论3. 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= N0×2n
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。
Nn=2n
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。
一、建构种群增长模型的方法
2.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
3.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
理想条件
分析自然界种群增长的实例
【思考·讨论】
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1】
环颈雉
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下图所示。
【资料2】
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？
讨论3.这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？
这两个资料中，种群数量增长曲线都大致呈“J”形。
种群呈“J”形曲线增长的原因是食物和空间条件充裕、没有天敌、气候适宜等。
不能
理想条件
因为食物等资源和空间是有无限的。
1．含义：
在 条件下，以 为横坐标， 为纵坐标，画出的种群增长曲线大致呈“ ”型。
理想
时间
种群数量
J
2．适用对象：
①实验室条件下；
②当一个种群刚迁入到一个新的适宜环境时 。
二、种群的“J”型增长
3．“J”形增长的数学模型
（1）模型假设
理想条件
在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，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。
（2）建立模型：
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 ：表示该种群数量是前一年种群数量的倍数。
增长率 增长速率
含义
计算 公式
举例
“一个种群有1000个个体，一年后增加到1100”，则该种群的增长速率为：
“一个种群有1000个个体，一年后增加到1100”，则该种群的增长率为：
×100%=10%
1100-1000
1000
=100个/年
1100-1000
1年
增长率与增长速率的比较
单位时间内净增加的个体数占原来个体数的比例
单位时间内增加的个体数量
增长率 =（现有个体数-原有个体数）/种群原有个体数
增长速率 =（现有个体数-原有个体数）/增长时间
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）
（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
（λ-1）N0λt-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
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。
由于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。
三、种群的“S”型增长
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
k/2
2．“S”形增长的数学模型
在自然界，当一种生物进入一个条件适宜的新分布地时，初始阶段一般会出现较快增长，但是，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。
（1）模型假设
2．“S”形增长的数学模型
（1）模型假设
（2）建立模型：（公式略）
（3）适用对象：
一般自然种群的增长
（4）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。
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，出生率升高，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；
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。
种群数量为K/2，种群增长速率达到最大；
（5）“S”形增长曲线图分析：
bc段：
c点：
de段：
cd段：
【问题探究】K 值 （是/不是）种群数量的最大值
K值是环境容纳量，即在保证环境不被破坏前提下所能维持的种群最大数量；在环境不遭到破坏的情况下，种群数量也会在K值附近上下波动；种群所达到的最大值有时会超过K 值，但这个值存在的时间很短，因为环境已遭到破坏。
请据图分析：该种群的K 值为 。
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，会受到环境因素的影响。
K2
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。
不是
3．K 值的应用
①野生大熊猫种群数量锐减的关键原因是什么？
最根本原因是野生大熊猫的栖息地遭到破坏，由于食物的减少和活动范围的缩小，K 值就会变小。
（1）实践应用1——野生生物的保护
②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
施用激素
药物捕杀
施用避孕药
养殖或释放天敌
将食物储存在安全处
增大死亡率
降低环境
容纳量
搞好卫生
降低出生率
防治有害生物的根本措施
硬化地面
3．K 值的应用
【问题探究】种群“S”形增长的增长率和增长速率曲线
K/2
t0 t1 t2 时间
种群数量
K
a
b
c
d
e
a
b
c
d
e
②t1之前，种群数量小于K/2值，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，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，种群数量达到K 值，此时出生率等于死亡率，种群增长速率为0。
①t0 时，种群数量N0，种群增长速率为0；
4.种群“S”形增长曲线分析
（1）AB 段：出生率 死亡率，种群数量增加。
（2）B点（K/2）：出生率与死亡率差值 ，种群增长速率 。
（3）BC段：出生率仍 死亡率，但差值在减小，种群增长速率 。
（4）C点（K值）：出生率 死亡率，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）
【问题探究】K/2值的应用
——“黄金开发点”
A
B
C
A
B
C
①对资源开发与利用的措施
种群数量达环境容纳量的一半（K/2）时种群增长速率最大，再生能力最强，维持被开发资源的种群数量在K/2值处，可实现“既有较大收获量又可保持种群高速增长”，从而不影响种群再生，符合可持续发展的原则。
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）。
渔业资源最佳捕捞时期？
刚超过1/2K时
何时防治？
达到1/2K前
【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
【总结】种群“J”形和“S”形增长曲线之间的关系
（1）某种群生活在一个较理想的环境中，则此种群数量增长的曲线是 。
（2）如果此种群生活在一个有限制的自然环境中，种群的个体数量增长的曲线可能是 。
（3）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。
“S”形
“J”形
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
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。
某地区东亚飞蝗种群数量的波动
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。
四、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.种群数量的爆发
加拿大一枝黄花
水葫芦
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。
捕鲸现场
培养液中酵母菌种群数量的变化
酵母菌
细胞膜
芽体
细胞核
液泡
线粒体
储藏颗粒
细胞壁
酵母菌是典型的真核微生物。是兼性厌氧生物。酿酒和做面包都需要酵母菌，这些酵母菌可以用液体培养基(培养液)培养。
探究·实践
1.提出问题
2.做出假设
3.实验思路
4.进行实验
5.分析结果得出结论
6.进一步探究
探究流程
培养液中酵母菌的数量是怎样随时间变化的
一、提出问题
二、做出假设
1.酵母菌在开始一段时间呈“J”形增长；
2.随着时间推移，由于资源和空间有限，呈“S”形增长；
3.时间再延长，由于养料不足酵母菌数量会下降。
酵母菌数量
时间
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
如何计数？
如何统计？
三、探究思路(设计实验)
计数室深度为0.1mm
计数室边长为1mm
1.血球计数板计数原理
计数室
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
1/400mm2的含义
指计数室的深度为0.1mm
1个计数室(大方格)的体积为0.1mm3
0.10mm的含义
1.血球计数板计数原理
中方格
(双线分割)
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。
1.血球计数板计数原理
一般取四角的四个中方格(100个小方格)计数
一般计数四个角和中央的五个中方格(80个小方格)的细胞数。
计数室(大方格)规格
16×25型
25×16型
计数公式
16×25型
A1
A2
A4
A3
1mL样品中酵母菌数=
A1、A2、A3、A4分别为四个中方格中的酵母菌数。
A1+A2+A3+A4
100
×400÷0.1mm3×稀释倍数
=4(A1+A2+A3+A4)×104×稀释倍数
1mm3=10-3mL
1mL样品中酵母菌数=
A1+A2+A3+A4+A5
80
×400÷0.1mm3×稀释倍数
A1、A2、A3、A4、A5分别为五个中方格中的酵母菌数。
25×16型
A1
A2
A3
A4
A5
=5(A1+A2+A3+A4+A5)×104×稀释倍数
1mm3=10-3mL
①对于压在边线上的酵母菌应取相邻两边及顶角计数。
计数原则
②对于已经出芽的酵母菌，芽体达到母细胞大小一半时，即可作为两个菌体计算；已死亡的酵母菌不计数。
③每个样品一般计数三次，取其平均值。(遵循平行重复原则)
例题1：通常用血球计数板对培养液中酵母菌进行计数，若计数室为1mm×1mm×0.1mm方格，由400个小方格组成。若多次重复计数后，算得每个小方格中平均有5个酵母菌，则10mL该培养液中酵母菌总数有______________个。
5×400
0.1×10-3
×10
=2×108
例题2：检测员将1mL水样稀释10倍后，用抽样检测的方法检测每毫升蓝藻的数量；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0.1mm3。
现观察到图中该计数室所示a、b、c、d、e 5个中格80个小格内共有蓝藻n个，则上述水样中约有蓝藻 个／mL。
5n×105
抽样检测法
先将盖玻片放在计数室上，用吸管吸取培养液，滴于___________，让培养液________。多余培养液用滤纸吸去。稍待片刻，待酵母菌细胞
______________________，将计数板放在载物台的中央，计数一个小方格内的酵母菌数量，再以此为根据，估算试管中的酵母菌总数。
盖玻片边缘
自行渗入
全部沉降到计数室底部
滴加培养液
盖玻片
血细胞计数板
2.计数方法：
思考：1.为什么不能先加培养液再盖盖玻片？
①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，使计数室内液体增多，导致结果偏高。
②直接滴加培养液时，在计数室内会产生气泡，导致计数室相对体积减小而造成误差。
滴加培养液
思考：2.为什么要待酵母细胞全部沉到底部后再计数？
如果酵母菌未能全部沉降到计数室底部，通过显微镜观察时就可能出现以下现象：要么能看清酵母菌但看不清方格线，要么能看清方格线但看不清酵母菌。
滴加培养液
3.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
保证各部位酵母菌的密度相等，若没有摇匀，从底部吸取，计数结果会偏大，从上部吸取，计数结果会偏小。
此外，酵母菌常出现“抱团”现象，因此取样前需要将培养液充分振荡、摇匀，最好用移液器来回吹吸若干次，以确保样品被摇匀。
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。
不需要，本实验旨在探究培养液中酵母菌在一定条件下的种群数量变化，只要分组实验，获得平均数值即可。本实验在连续培养并定时计数过程中形成自身对照。
5.本探究需要做重复实验吗
需要。设置重复实验以减小实验误差。
第 1天 第 2天 第 3天 第 4天 第 5天 第 6天 第
7天
第1组
第2组
第3组
------
第n组
平均值
6.怎样记录结果？记录表怎样设计？
时间 第1天 第2天 第3天 1 2 3 1 2 3 1 2 3
A1
A2
A3
A4
A5
平均数
总平均数 稀释倍数（n） 1mL培养液酵母菌数= 5(A1+A2+A3+A4+A5)×n×104 或4(A1+A2+A3+A4)×n×104 2.连续观察7天，每天固定在某一时间观察多个样本，分别记录下7天的数值。
四、进行实验
3.计数时可以滴加台盼蓝染液(或亚甲基蓝)，活的酵母菌呈无色，死的酵母菌呈蓝色，计数无色的酵母菌。需要注意的是，加入台盼蓝的体积应折算在稀释倍数中。
1.通过显微镜观察，估算出10mL培养液中酵母菌的初始数量(N0)
将所得数值用曲线图表示出来
五、分析结果得出结论
结论：
酵母菌在开始一段时间呈“J”型增长，
但随着时间的推移，由于资源和空间有限，将呈“S”型增长，并最终将全部死亡。
根据你对影响酵母菌种群数量增长的因素作出的推测
试管 编号 培养液/mL 无菌水/mL 酵母菌母液/mL 温度
(℃)
A 10 — 0.1 28
B 10 — 0.1 5
C — 10 0.1 28
温度、营养物质对酵母菌生长的影响
酵母菌数
时间
六、进一步探究：