(共15张PPT)
第1章 种群及其动态
第2节 种群数量的变化(1)
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。
细菌的增殖（视频）
二分裂
时间（min) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
分裂次数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
数量（个） 1
Nn=2n
2
4
8
16
32
64
128
256
512
问题1: 细菌的生殖方式是怎样的？
问题2: 第n代细菌数量的计算公式是什么？
问题探讨
n＝ 60min ×72h／20min＝216
Nn＝1 X ２n ＝2216
建立数学模型
问题3: 72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？
问题4: 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？我们可以采用什么学科方法来研究？
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
一、建构种群增长模型的方法
建立数学模型
2表现形式：
数学公式
曲线图等
3意义:
描述、解释和预测种群数量的变化。
1概念：是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。
Nn＝ 1×2n
精确，但不够直观
直观，但不够精确
（同数学方程式相比，曲线图更能反映出种群数量的增长趋势。）
观察研究对象
提出问题
作出假设
建立数学模型
（根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达）
对模型进行检验修正
研究方法
研究实例
细菌每20min分裂一次，怎样计算繁殖n代的数量？
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，对模型进行检验或修正
4建立数学模型一般包括以下步骤：
一、建构种群增长模型的方法
回顾我们高中生物中学习过哪些模型呢？
物理模型
(实物、图画≠照片）
数学模型
概念模型
模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性描述。
问题: 在自然界中，种群的数量变化情况是怎么样的呢？
有类似细菌在理想条件下种群增长的形式吗？
【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。漫山遍野的野兔不仅与牛羊争食牧草，还啃噬树皮，造成植被破坏，导致水土流失。直到人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到控制。 p8
24只
思考 讨论
【资料2】20世纪30年代时，人们将环颈雉引入到美国的一个岛屿上，在最初的5年内， 1937—1942年期间该种群数量的增长如左图所示
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。
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？
思考 讨论
不能，因为资源和空间是有限的。
自然界确有类似的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，曲线大致呈“J”形。
0
时间/min
细菌数量/个
100
200
300
400
500
20
40
60
80
100
120
140
160
180
某海岛上环颈雉种群数量的变化
3、这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？
4、野兔和环颈雉种群的增长曲线是否类似于细菌种群的增长曲线？
思考 讨论
1
概念
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“ ”形。
理想
时间
种群数量
J
*注意：
该曲线的起点不是原点。
食物和空间条件充裕
气候适宜
没有天敌(捕食和寄生天敌)
没有其他竞争物种等
2
理想条件
种群数量每年以一定的倍数增长，
这一年是前一年的 λ 倍．
λ =
当年种群数量
前一年种群数量
二、种群的“J”形增长
3
建立模型
——t年后种群数量表达式
假设：种群数量每年以一定的倍数(λ)增长。种群起始数量为N0, 求出t年后种群数量Nt的表达式？
t年后种群的数量为:
Nt=N0λt
一年后种群的数量为:
N1=N0λ
二年后种群的数量为:
N2=N1·λ＝N0λ2
Nt = N0 λt
t 年后该种群的数量
种群的起始数量
每年增长倍数
时间
时间(t)
种群数量Nt
二、种群的“J”形增长
项目 种群数量变化 年龄结构
λ>1
λ＝1
λ<1
增加
增长型
相对稳定
稳定型
减少
衰退型
λ >1
λ <1
λ =1
种群数量
时间
0
只有λ＞1且为定值时，种群增长才为“J”形增长。
思考: 当λ满足什么条件时，种群数量呈“J”形增长？
4
对“λ”的理解
Nt＝N0λt 表达式中，λ表示种群数量是前一年种群数量的 ，不是增长率。
倍数
二、种群的“J”形增长
①a段：“λ”＞1且恒定——种群数量 ；
②b段：“λ”尽管下降，但仍大于1，种群数量 ；
③c段：“λ”＝1——种群数量 ；
④d段： “λ”＜1——种群数量 ；
⑤e段：尽管“λ”呈上升趋势，但仍未达到1——种群数量 ;
⑥种群数量达到最多： 。种群数量最少： 。
呈“J”形增长
一直增长
维持相对稳定
逐年下降
逐年下降
4
对“λ”的理解
A点
第15年
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
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
拓展知识-------- 增长率和增长速率
现有个体数—原有个体数
原有个体数
增长率 =
现有个体数—原有个体数
时间
增长速率 =
（增长率>0，且不变）
斜率
6
自然界类似“J”形增长的实例
紫茎泽兰
(原产美洲的墨西哥)
福寿螺
(原产中美洲的热带和亚热带地区)
水葫芦
(原产于南美)
——在自然界占少数
(1)实验室条件下；
(2)一个种群刚迁入到一个新的适宜环境时(外来入侵物种)。(共15张PPT)
第1章 种群及其动态
第2节 种群数量的变化(2)
回顾：种群的“J”型增长
1. 理想条件：
2. 发生时期：
3. 数学公式是：
4. 特点：种群数量 ； 增长率 ；增长速率呈 .
实验室条件下；当一个种群刚迁入到一个新的适宜环境时 。
Nt=N0入t
连续增长（无K值）
保持不变
连续增长
“J”形曲线的斜率
增长率＝λ-1
①食物和空间条件充裕 ②气候适宜
③没有天敌(捕食和寄生天敌 ④没有其他竞争物种等
λ为增长倍数（λ＞1，且为定值）
【资料3】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24 h统计一次大草履虫的数量。经过反复实验，得出了如图所示的结果。
时间（天） 0 1 2 3 4 5 6
种群数量（个） 5 20 137 319 369 375 365
1.大草履虫的数量增长过程如何？
K=375
第5天后
【实例】生态学家高斯的实验
先增加后数量趋于稳定。
2、为什么大草履虫种群没有出现“J”形增长？
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。
种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定，增长曲线呈“S”形。
“S”形增长形成的原因：
①资源和空间有限
②种群密度增大时种内竞争加剧
出生率=死亡率
种群稳定在一定的水平
此时种群所能维持的最大数量称为什么？
1
概念
环境容纳量——K值
三、种群的“S”形增长
2
环境容纳量——K值：
1、K 值是不是种群数量的最大值？
2、请据图分析：该种群的K值为 。
K2
3、同一种群的K值是固定不变的吗？
不是一成不变的，K值会随着环境的改变而发生变化, 当环境遭受破坏时，K值会_____；
当环境条件改善时, K值会_____。
下降
上升
在环境条件没有变化的情况下，种群数量在K值
上下波动，动态平衡。
（一片草原山羊的环境容纳量为10000，11000只也能短暂生存）
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
一定的环境条件所能维持的种群最大数量
三、种群的“S”形增长
3
“S”形增长曲线图分析
种群基数小，需要适应新环境，增长较缓慢。
(1)ab段：
(2)bc段：
(3)c点：
(4)cd段：
资源和空间丰富，出生率升高，种群数量增长迅速。
种群数量为K/2，种群增长速率达到
。
资源和空间有限，种群密度增大，种内竞争加剧，种群增长减缓；
调整期
加速期
转折期
减速期
(5)de段：
出生率≈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。
饱和期
最大
三、种群的“S”形增长
（二）现实条件下，种群数量呈“S”形增长
例2：高斯培养大草履虫的实验，则：
时间(天) 0 1 2 3 4 5
数量(个) 5 30 130 340 375 375
增长率 0
增长速率 0
5
3.3
1.6
0.1
0
25
100
210
35
0
请尝试绘制
相应的曲线图。
思考
三、种群的“S”形增长
4
K值和K/2值的运用
实践应用1——野生生物的保护
-----应降低环境阻力，提高K值(或环境容纳量)。
三、种群的“S”形增长
实践应用2——有害生物的防治
增大环境阻力→降低K值→防治老鼠
①降低环境容纳量
②在 捕杀
K/2前
防止老鼠种群数量达到K/2（种群增长速率最大）处。
实践应用3——对资源开发与利用的措施
为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地获得最大捕鱼量，应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平？为什么？
渔业捕捞应在 ;
捕捞后鱼的种群数量维持在 。
K/2以后
K/2
(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？
(1)图中阴影部分表示什么？
环境阻力。
环境阻力
食物不足
空间有限
种内竟争
天敌捕食
气候、传染病等
【总结】“J”形增长和“S”形增长的比较
(2)如何用自然选择学说内容解释环境阻力？
生存斗争中被淘汰的个体数。
不等同，已经存在环境阻力。
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。
例如，某地野牛、狮的种群数量往往比较稳定。
1.种群数量的相对稳定：
四.种群数量的波动
实验背景
酵母菌的繁殖方式：
异养兼性厌氧型（单细胞真核生物）
出芽生殖
②可用含糖的液体培养基(培养液) 培养
①生长周期短，繁殖速度快，易于研究种群数量的变化
代谢类型:
优点：
五.实验：培养液中酵母菌中酵母菌种群数量的变化
2.种群数量的波动：
某地区东亚飞蝗种群数量的波动
对于大多数生物种群来说，种群数量总是在波动中。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。
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。
四.种群数量的波动
4.种群数量的下降：
（1）概念：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。
（2）延续基础：种群的延续需要有一定的个体数量为基础。
（3）结果：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。
（4）措施：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。
四.种群数量的波动
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，种群增长到一定数量就会保持稳定。（ ）
×
×
×
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
一、概念检测(共15张PPT)
第1章 种群及其动态
第2节 种群数量的变化(3)
1
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？
2
作出假设
①培养液中的酵母菌数量一开始呈“J”形增长；
时间
呈“J”形增长
开始
延长
呈“S”形增长
②随着时间推移，由于营养物质的消耗、有害代谢产物的积累、pH的改变等，酵母菌数量呈“S”形增长。
五.实验：培养液中酵母菌中酵母菌种群数量的变化
3
设计实验
(1)变量分析：自变量： ；因变量： ；
无关变量： 等。
时间
酵母菌数量
培养液的体积、pH、培养的温度
(2)酵母菌计数方法： 法。
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
抽样检测
(3)材料用具
导流凹槽
两个计数室
所在区域
五.实验：培养液中酵母菌中酵母菌种群数量的变化
计数室深度为0.1mm
计数室边长
为1mm
计数室
血细胞计数板 (血球计数板)
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。
计数室
1mm
1mm
计数室（中间大方格）的边长为1mm，盖上盖玻片后，深度为0.1mm，其体积为 mm3 ，合 mL。
0.1
1×10-4
1mL = 1cm3= 103mm3
血细胞计数板 (血球计数板)
大方格
中方格
小方格
25(中格)×16(小格)
不管计数室是哪一种,每一大方格都是由 个小方格组成。
16(中格)×25(小格)
取四角的四个中方格(100个小方格)计数
取四个角和中央的五个中方格(80个小方格)的细胞数。
计数室
血细胞计数板 (血球计数板)
16×25=25×16=400
16(中格)×25(小格)型
中方格
小方格
25(中格)×16(小格)型
四个顶角及中央5个中格
四个顶角中格
取样方法：
血细胞计数板 (血球计数板)
1mL样品中酵母菌数（种群密度）：
规格二（25×16）＝
规格一（16×25）＝
中方格中酵母菌数量的平均值×16
中方格中酵母菌数量的平均值×25×104 ×稀释倍数
1个计数室的酵母菌数（0.1mm3）
×104
×稀释倍数
1.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。
2×108
根据公式：5×400×104×10＝2×108
2.若使用的血细胞计数板(规格为1 mm×1 mm×0.1 mm)每个计数室分为25个中方格，每个中方格又分为16个小方格，将样液稀释100倍后计数，发
现计数室四个角及中央共5个中方格内的酵母菌总数为20个，则培养液中
酵母菌的密度为 个/mL。
1×108
根据公式：（20÷5)×25×104×100＝1×108
课堂练习
4
实验步骤
1. 从试管中吸出培养液进行计数前，建议将试管轻轻振荡几次，为什么？
目的是使培养液中的酵母菌均匀分布，以保证估算的准确性，减少误差。
2. 为什么不能先加培养液再盖盖玻片？
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少而造成误差。
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。
5
思考讨论
五.实验：培养液中酵母菌中酵母菌种群数量的变化
4. 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：
① 能看清楚酵母菌但看不清方格线； ② 能看清楚方格线但看不清酵母菌。
5. 如果一个小方格内酵母菌过多，难以数清，应采取什么措施？
稀释一定倍数后，再用血球计数板计数
用无菌水稀释至每小格细胞数目为5~10 个
稀释
100倍
3.对于压在小方格界线上的酵母菌，应当怎么计数？
取相邻两边及顶角计数。一般遵循“计上不计下，计左不计右”的原则。
5
思考讨论
7.需要做重复实验吗？
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。
第0天 第1天 第2天 第3天 第4天 第5天 第6天
第1组
第2组
第3组
------
第n组
平均值
8.怎样记录结果？记录表怎样设计？
6.本探究实验需要另设对照组吗？如需要，对照组应怎样设计和操作；如果不需要，请说明理由。
不需要。酵母菌在不同时间内的数量可以形成自身前后对照，故不需另设对照实验。
5
思考讨论
第1天
第4天
第6天
第7天
思考：怎么分辨死亡细胞和有活性的细胞？
死亡细胞多集结成团；
6
实验结果
可以借助亚甲基蓝、台盼蓝等染色（死亡细胞呈蓝色）
以 为横坐标， 为纵坐标，将所得数值用曲线图表示出来。
分析实验结果是否支持你的假设。
增长曲线的总趋势是__________________
先增加，后减少
6
实验结果
时间
种群数量
培养液中酵母菌种群的数量前期呈“S”形增长，后期数量下降。
7
实验结论
先增加的原因
随着酵母菌数量的不断增多，营养消耗、空间有限、有害代谢产物积累等，使生存条件恶化，酵母菌死亡率高于出生率，种群数量下降。
在开始时培养液的营养充足、空间充裕、条件适宜。酵母菌死亡率小于出生率，种群数量上升。
减少的原因
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？
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。
二、拓展应用
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。
