种群数量的变化课件2023-2024学年高二上学期生物人教版选择性必修2

第1章

种群及其动态第2节

种群数量的变化形问题探讨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。讨论1：第n代细菌数量的计算公式是什么？设细菌初始数量为N0，第一次分裂产生的细菌为第一代，数量为N0×2，第n代的数量为Nn=N0×2n。问题探讨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。讨论2：72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？n＝60min×72h／20min＝216（代）N216=1×2n=2216问题探讨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。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？不会，因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。可以用实验来验证。一、建构种群增长模型的方法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。物理模型数学模型概念模型回顾复习2.作用：能够描述、解释、预测种群数量的变化。科学方法

建立数学模型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3.类型及优缺点：（1）数学公式：科学、精确、不够直观（2）曲线图：直观、不够精确细菌每20min分裂一次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量？在资源和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观察研究对象，提出问题提出合理的假设Nn=N0×2n，Nn代表繁殖n代后细菌数量，N0为细菌起始数量，n代表繁殖代数观察、统计细菌数量，对所建立的模型进行检验或修正根据实验数据，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4.建立数学模型的步骤5.细菌种群数量增长的公式和曲线理想条件下（营养和生存空间没有限制等），1个细菌每20min繁殖一代。时间/min020406080100120140160180细菌数量/个数学公式248163264128256512212223242526272829以表格中得到的数据，以时间为横轴，以数量为纵轴，画出细菌种群数量增长曲线。201细菌数量/个时间/min0100200300400500600020406080100120140160180200以上的公式和曲线，是在理想条件下（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）的预测。在自然界中，种群的数量变化情况是怎样的呢？Nn＝N0×2n0100200300400500600020406080100120140160180200细菌数量/个时间/min【思考·讨论】

分析自然界种群增长的实例资料1：1859年，一位英国人在他澳大利亚的农场中放生了24只野兔。让他没想到的是，一个世纪之后，这24只野兔的后代超过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的到控制。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年间增长如图所示。【思考·讨论】

分析自然界种群增长的实例50010001500193719381939194019411942年份种群数量/只0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?【思考·讨论】

分析自然界种群增长的实例种群数量增长迅猛，且呈无限增长趋势，种群呈“J”形曲线增长。理想条件：食物和空间条件充裕、没有天敌、气候适宜等。不能。食物和空间是有限的。形二、种群的“J”形增长Nt＝N0λt形1.概念：在理想条件下，以时间为横坐标，种群数量为纵坐标，画出的种群增长曲线大致呈“J”形。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的早期阶段。二、种群的“J”形增长形4.数学公式t

年后种群的数量为

Nt

=

N0

λ

tN0

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的倍数。3.模型假设：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。时间（t）种群数量Nt二、种群的“J”形增长（1）只有λ＞1且为定值时，种群增长才为“J”形增长。4.数学公式思考：种群数量变化符合数学公式Nt=N0λt，种群增长曲线一定是“J”形？Nt=N0λtt年后该种群的数量种群的起始数量每年增长倍数时间λ=当年种群数量Nt前一年种群数量Nt-1λ>1λ<1λ=1种群数量时间04.数学公式Nt

=

N0

λtλ

=

Nt

/

Nt-1（2）λ值大小与种群数量变化的关系

②λ＝1：种群数量不变（相对稳定）③λ＜1：种群数量下降④λ＝0：种群在下一代灭亡①λ

>

1：种群数量增加二、种群的“J”形增长Nt=N0λtλ=当年种群数量/前一年种群数量①

λ>1种群数量增长②

λ=1种群数量不变③

λ<1种群数量下降①1-4年，种群数量_____________；

②4-5年，种群数量__________；③5-9年，种群数量__________；

④9-10年，种群数量_______；⑤10-11年，种群数量______；⑥11-13年，种群数量_____________________；⑦前9年，种群数量第___年最高；⑧9-13年，种群数量第______年最低呈“J”形增长增长相对稳定下降下降11-12年下降，12-13年增长512练一练：据图说出种群数量如何变化5.“J”形增长的增长率和增长速率时间（min)20406080100120140160180分裂次数123456789细菌数量（个）248163264128256512（1）增长率：指在单位时间内种群数量增加的量占初始数量的比例，是一个百分比，无单位。请同学们根据表中数据推算增长率计算公式。N0λt＋1－N0λtN0λt=λ－1新增个体数

原有个体数增长率=①公式O增长率λ-15.“J”形增长的增长率和增长速率（1）增长率：②曲线时间时间（min)20406080100120140160180分裂次数123456789细菌数量（个）2481632641282565125.“J”形增长的增长率和增长速率时间（min)20406080100120140160180分裂次数123456789细菌数量（个）248163264128256512（2）增长速率：指种群数量在单位时间内的改变数值，有单位（如：个/年等）。请同学们根据表中数据推算增长速率的计算公式。①公式新增个体数

单位时间增长速率

=O增长速率5.“J”形增长的增长率和增长速率（2）增长速率：时间（min)20406080100120140160180分裂次数123456789细菌数量（个）248163264128256512②曲线时间λ

=

当年种群数量/去年种群数量

=

去年种群数量+增长数量/去年种群数量

=1

+

增长率6.“J”形增长中λ和增长率的关系（1）当λ=1时，增长率=0，种群数量相对稳定；年龄结构为稳定型；（2）当λ＞1时，增长率＞0，种群数量增长；年龄结构为增长型；（3）当0＜λ＜1时，增长率＜0，种群数量下降；年龄结构为衰退型；（4）当λ=0时，雌体没有繁殖，种群在下一代中灭亡。λ

=

Nt

/

Nt-1增长率

=

λ

−

1练一练①a段：“λ”＞1且恒定——种群数量

；②b段：“λ”尽管下降，但仍大于1，此段种群出生率大于死亡率—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至A点（或此前一年）时种群数量达到

。呈“J”形增长一直增长维持相对稳定逐年下降逐年下降最少环境阻力在环境阻力的影响下，种群数量还会呈“J”形增长吗？想一想理想化的情况在自然界中并不存在。那么，有哪些因素会影响到种群数量的变化呢？

食物有限、空间有限、种内竞争、种间竞争、天敌捕食……三、种群的“S”形增长【生态学家高斯的实验】在0.5mL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。大草履虫种群增长的曲线呈“S”形。把5个大草履虫置于0.5mL的培养液中，每隔24小时统计一次数据，经过反复实验，结果如下：问题1：大草履虫种群增长的曲线与“J”形曲线有什么不同？问题2：为什么高斯的实验结果不呈现“J”形曲线，原因可能有哪些？随着大草履虫数量增多，对食物和空间的竞争趋于激烈，导致种群出生率降低，死亡率升高。【生态学家高斯的实验】斜率：先增大后减小。种群数量：先快速增长，后增长速度放缓，最终稳定在一定水平。把5个大草履虫置于0.5mL的培养液中，每隔24小时统计一次数据，经过反复实验，结果如下：问题3：观察曲线，我们可以发现曲线的斜率有什么变化？这说明大草履虫的数量增长出现什么变化？问题4：在实验第5天后，大草履虫的数量基本维持在375个左右，这个数值意味着什么？该环境条件下所能维持的种群最大数量，即环境容纳量，又称K值。【生态学家高斯的实验】三、种群的“S”形增长1.定义：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。这种类型的种群增长称为“S”形增长。一般自然条件下（现实状态）种群的增长——资源和空间有限，天敌的制约等（即存在环境阻力）。2.适用条件（1）初始一段时间种群增长较快；（2）当种群密度增大时，种内竞争加剧，出生率降低，死亡率升高，种群增长缓慢。（3）当出生率和死亡率相等时，种群增长停止，种群数量稳定在一定水平（K值）。3.特点三、种群的“S”形增长4.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。高斯实验中大草履虫种群的K值是375个三、种群的“S”形增长AB段：种群基数小，需要适应新环境，出生率大于死亡率，增长较缓慢；BC段：资源和空间相对丰富，出生率升高，种群数量增长迅速；C点：种群数量为K/2，出生率与死亡率差值最大，种群增长速率达到最大；5.“S”形增长曲线分析K种群数量时间0BCDEt1t2AK/2CD段：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；DE段：出生率等于死亡率，种群增长速率为0，种群数量达到K值，且维持相对稳定。5.“S”形增长曲线分析K种群数量时间0BCDEt1t2AK/2（1）增长率受种群密度制约，种群增长率不断减小。种群增长率=种群净增加数原种群数量×100%6.“S”形增长的增长率和增长速率时间/t增长率增长速率时间t1t2（1）增长速率先增大后减小，最后为0。（2）当种群数量为k/2时，增长速率达到最大。K/2K6.“S”形增长增长率和增长速率（2）增长速率种群增长速率=种群净增加数单位时间×100%同种生物的K值是固定不变的吗？哪些因素会影响动物种群的环境容纳量？N0

同种生物的K值不是固定不变的，会受到环境因素的影响。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种群的环境容纳量。7.同一种群的K值不是固定不变的（3）K值

（是/不是）种群数量的最大值，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。（1）该种群的K值为

。（2）同一种群的K

值不是固定不变的，会受到环境因素的影响：环境改善，K值

；环境恶化，K值

。K2不是增加减小8.K值和K/2值的应用思考1：野生大熊猫种群数量锐减的关键原因是什么？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。思考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（K值变大）。机械、药物捕杀施用避孕药、激素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（K值变小）降低出生率思考3：从环境容纳量的角度思考，对家鼠等有害动物的控制，应当采取什么措施？（P10）硬化地面、搞好卫生8.K值和K/2值的应用思考4：从环境容纳量的角度思考，何时对家鼠等有害生物防治的防治效果比较好？种群数量达到K/2前，控制种群数量，严防达到K/2值处。8.K值和K/2值的应用思考5：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？应使被捕鱼群的种群数量保持在K/2水平，因为在这个水平上种群增长率最大，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。K种群数量时间0BCDEt1t2AK/2—“黄金开发点”8.K值和K/2值的应用（1）K值的应用①减小环境阻力→增大K值→保护野生生物资源②增大环境阻力→降低K值→防治有害生物③草原最大载畜量不超过K值→合理确定载畜量（2）K/2值的应用①渔业捕捞后的种群数量要在K/2值处②K/2值前防治有害生物，严防达到K/2值处8.K值和K/2值的应用时间种群数量KS形J形环境阻力1.环境阻力用自然选择学说如何解释？生存斗争中被淘汰的个体数。2.“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？不等同，已经存在环境阻力。归纳总结：“J”形增长和“S”形增长的比较思考

·

讨论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.如果种群生活在一个有限制的环境中，增长的曲线可能是

。3.图中两曲线间的阴影部分代表

，按达尔文自然选择学说，表示在生存斗争中被

的个体数量。“S”形“J”形环境阻力淘汰归纳总结：“J”形增长和“S”形增长的比较0K时间环境阻力环境容纳量S形J形种群数量四、种群数量的波动某地区东亚飞蝗种群数量的波动1.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。四、种群数量的波动2.对于大多数生物种群来说，种群数量总是在波动中。例如，某地区东亚飞蝗的种群数量在1913~1961年一直处于不规则的波动状态。某地区东亚飞蝗种群数量的波动四、种群数量的波动拓展：周期性波动和不规则波动3.处于波动状态的种群，在某些特定的条件下可能出现种群爆发。蝗灾、鼠灾、赤潮等，就是种群数量爆发增长的结果。蝗灾鼠灾赤潮四、种群数量的波动东亚飞蝗在我国的大爆发没有周期性规律，干旱是大爆发的主要原因。在黄河三角洲上的湿地草地，若遇到连年干旱，土壤中的蝗卵成活率就会提高，这是造成蝗虫大爆发的主要原因。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。拓展：种群数量的爆发4.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。例如，遭遇人类乱捕滥杀和栖息地破坏。四、种群数量的波动5.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。卧龙大熊猫自然保护区四、种群数量的波动对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。五、培养液中酵母菌种群数量的变化1.实验原理：（1）用液体培养基培养酵母菌，种群的增长受培养液的pH、空间、成分、温度等因素的影响。（2）在理想的环境中，酵母菌种群的增长呈“J”形曲线；在有限的环境条件下，酵母菌种群的增长呈“S”形曲线，而在恒定培养液中当酵母菌种群数量达K值后，还会下降直至全部死亡（营养物质消耗、代谢产物积累及pH变化等所致）。（3）计算酵母菌数量可用抽样检测的方法。五、培养液中酵母菌种群数量的变化2.

提出问题：培养液中酵母菌的数量是怎样随时间变化的?3.作出假设：酵母菌在开始一段时间呈“

”形增长，随着时间的推移，由于资源和空间有限，呈“

”形增长，时间再延长，由于养料不足等，酵母菌数量会

。

JS下降五、培养液中酵母菌种群数量的变化4.材料用具：酵母菌，无菌马铃薯培养液或者肉汤培养液，试管、血细胞计数板，滴管、显微镜等。酵母菌培养液血细胞计数板五、培养液中酵母菌种群数量的变化（1）酵母菌：单细胞真菌，是兼性厌氧菌。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）来培养。4.材料用具五、培养液中酵母菌种群数量的变化（1）培养液配制、分装、灭菌：将10ml无菌马铃薯培养液或肉汤培养液加入试管中。（2）接种：将酵母菌接入试管中的培养液，混合均匀。（3）培养：将试管放在28℃的恒温箱中培养7天。（4）计数：每天取样计数酵母菌的数量，连续观察7天并记录这7天的数值。（5）分析结果，得出结论：将所得数据用曲线图表示出来，分析实验结果，得出酵母菌种群数量变化规律。五、培养液中酵母菌种群数量的变化5.实验步骤试管放在28℃的恒温箱中培养7天培养将酵母菌接种到试管中接种连续7天取样计数并记录这7天的数值。计数将10ml马铃薯培养液或肉汤培养液加入试管中准备五、培养液中酵母菌种群数量的变化①自变量：____________________②因变量：____________________③无关变量：__________________时间酵母菌数量培养液的体积等（1）计数用具——血细胞计数板6.计数血细胞计数板用优质厚玻璃制成，由H形凹槽分为2个同样的计数室，两侧各有一个支持柱，将特制的专用盖玻片覆盖其上，形成高0.1mm的计数室。五、培养液中酵母菌种群数量的变化导流凹槽两个计数室侧面观计数室的深（高）每个小方格的面积XB.K.250.10mm1/400mm2①大方格：方格网上刻有9个大方格，其中只有中间的一个大方格供计数用，称为计数室。（1）计数用具——血细胞计数板①大方格：大方格边长为1mm，面积为1mm2；盖上盖玻片后，盖玻片与计数室的距离为0.1mm，所以每个大方格的体积为0.1mm3。1mm1mm②中方格、小方格：大方格分25个中方格（双线分割），每个中方格又分16个小方格。1个大方格=

25个中方格=400个小方格③体积关系：大方格体积=0.1mm3中方格体积=1/250mm3小方格体积=1/4000mm325×16型16×25型④计数室两种规格⑤计数一个小方格内的酵母菌数量。①先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。③多余的培养液用滤纸吸去。④待酵母菌全部沉降到计数室底部，将计数板放在载物台的中央。6.计数（2）计数操作过程6.计数（2）计数操作过程6.计数（3）计数方法——抽样检测法培养液五、培养液中酵母菌种群数量的变化Ⅰ.25×16型：计四角和正中间，5个中方格，80个小方格。A1A2A3A4A5Ⅱ.16×25型：计四角，4个中方格，100个小方格。A1A3A2A4（3）计数方法——抽样检测法①计数一个小方格内的酵母菌数量；②计数方法与样方法相同6.计数（4）计算公式1mL培养液中酵母菌数=每小方格平均酵母菌数

×

400

×

104

×

稀释倍数1mL=1cm3=1000mm30.1mm3=1×10-4mL1mL培养液中酵母菌数=每小方格平均酵母菌数×400÷0.1mm3×稀释倍数Ⅱ.16×25型：A1A2A3A4Ⅰ.25×16型：A1A2A3A4A56.计数（4）计算公式1mL培养液中酵母菌数＝（5个中方格内酵母菌数量/80）×

400

×

104×

稀释倍数1mL培养液中细胞个数＝（4个中方格内酵母菌数量/100）×

400

×

104×

稀释倍数培养时间/d酵母菌数量先增加再降低7.实验结论：酵母菌在开始一段时间呈“J”形增长，但随着时间的推移，由于资源和空间有限，呈“S”形增长，并最终将全部死亡。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、代谢产物等。五、培养液中酵母菌种群数量的变化讨论1：对于压在小方格界线上的酵母菌，应当怎么计数？应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。讨论2：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？思考·讨论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。讨论3：如果小方格内酵母菌数量过多，难以数清，怎么办？可将培养液适当稀释一定倍数后再计数。思考·讨论稀释100倍一般样品稀释后的适宜范围是5~10个菌体/小方格。1mL培养液9mL水9mL水1mL培养液稀释10倍稀释100倍讨论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，本实验在时间上已经构成前后对照。讨论5：需要做重复实验吗？为什么？需要重复实验，对每个样品可计数三次，再取平均值，以提高实验数据的准确性。思考·讨论注意事项：（1）抽取培养液计数前，应先将试管摇匀，目的是使酵母菌在培养液中混合均匀，以减少计数误差。因为酵母菌会沉降在瓶底，如果未振荡摇匀试管就吸出培养液，可能出现两种情况：一是从试管下部吸取的培养液浓度偏大；二是从试管上部吸取的培养液浓度偏小。（2）显微镜计数时，对于压在小方格界线上的酵母菌，应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。五、培养液中酵母菌种群数量的变化注意事项：（3）若一个小方格内酵母菌