1.2种群数量的变化课件-高二上学期生物人教版选择性必修2

第2节种群数量的变化

导学聚焦1．科学思维——通过阐释种群数量变化培养建模及模型分析能力。2．社会责任——环境容纳量原理在保护濒危物种中的应用。3．科学探究——通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化活动，

尝试建立数学模型和解释种群的数量变化。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就通过分裂繁殖一次。讨论：1.第n代细菌数量的计算公式是什么？提示：设细菌的初始数量为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N0×2n；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？提示：不会，因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。如果资源和生存空间没有限制，那么1个细菌繁殖n代之后的数量是多少？时间（min）20406080100120140160180分裂次数123456789数量（个）248163264128256512指数形式212223242526272829①1个细菌第n代细菌数量（Nn）的计算公式是什么？提示：Nn=1×2n②初始数量为N0个细菌第n代细菌数量（Nn）的计算公式是什么？提示：

Nn=N0×2n时间（min）20406080100120140160180分裂次数123456789数量（个）248163264128256512指数形式212223242526272829Nn=

N0×2n【思考】曲线图与数学公式比较，有哪些优缺点？曲线图：直观，但不够精确数学公式：精确，但不够直观一、数学模型：用来描述一个系统或它的性质的数学形式。建立数学模型四步骤：细菌每20min分裂一次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量研究方法观察研究对象，提出问题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或绘制曲线图N代表细菌数量，n表示第几代观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或修正通过进一步实验或观察等，对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，即建立数学模型提出合理的假设资料11859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220世纪30年代，人们将环颈雉引入某地一个岛屿。1937-1942年，这个种群增长如图所示。1.这两个资料中种群增长有什么共同点？提示：种群数量增长迅猛，且呈无限增长趋势。2.种群出现这种增长的原因是什么？提示：食物充足，缺少天敌等。3.这种种群的趋势能不能一直持续下去？为什么？提示：不能，因为资源和空间是有限的。二、种群增长的“J”形曲线自然界有类似细菌在理想条件下种群增长的形式，如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标，画出曲线来，曲线则大致呈“J”形，这种类型的种群增长称为“J”形增长。二、种群增长的“J”形曲线1.产生条件：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；（无环境阻力）2.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）。二、种群增长的“J”形曲线3.计算公式（建立数学模型）：一年后种群的数量为：两年后种群的数量为：t年后种群的数量为：

(NO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。）N1=N0λ1N2=N1·λ=N0λ2Nt=N0λt二、种群增长的“J”形曲线4.曲线图（建立数学模型）：Nt=N0λt*注意：该曲线的起点不是原点；J形增长的λ为定值，且大于1；若λ不为定值，说明种群数量变化非J形增长。Nt=N0λt思考：①当λ=1时，种群数量如何变化？提示：种群数量不变（相对稳定）；②当λ＞1时，种群数量如何变化？提示：种群数量增长；③当λ＜1时，种群数量如何变化？提示：种群数量下降；④当λ＞1时，种群一定呈“J”形增长吗？提示：不一定；只有λ＞1且为定值时，种群增长才为“J”形增长。1-4年，种群数量_________________________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【现学现用】据图说出种群数量如何变化呈“J”形增长增长相对稳定下降下降11-12下降，12-13增长5125.实例

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；外来入侵物种的种群数量变化。如果遇到资源、空间等方面的限制，种群还会呈现“J”形增长吗？三、种群的“S”形增长

生态学家高斯曾经做过单独培养大草履虫的实验：在0.5mL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，得出了如图所示的结果。从图中可以看出，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。像这样，种群经过一定时间的增长后，数量______________，增长曲线呈________形，这种类型的种群增长称为“S”形增长。趋于稳定S三、种群的“S”形增长1.产生条件：资源和空间有限，天敌的制约等（即存在环境阻力）2.环境容纳量：一定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。思考：自然条件下，为什么种群增长到K值左右便会趋于稳定？自然条件下，资源和空间总是有限的；当种群密度增大时，种内斗争就会加剧，这就会使种群的出生率降低，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，有时会稳定在一定的水平（K值）。种内斗争对种群数量起调节作用。3.曲线图分析ab段：种群基数小，需要适应新环境，增长较缓慢bc段：资源和空间丰富，出生率升高，种群数量增长迅速cd段：资源和空间有限，种群密度增大，种内竞争加剧，出生率仍大于死亡率，但差值减小，种群增长减缓de段：出生率约等于死亡率，种群增长速率为0，故种群达到K值，且维持相对稳定种群数量达到最大，且种内竞争最剧烈。4.同一种群的K值是不是固定不变的呢？（1）K值不是一成不变的：K值会随着环境的改变而发生变化当环境遭到破坏时，K值会下降；当环境条件状况改善时，K值会上升。（2）在环境条件没有遭受破坏的情况下，种群数量会在K值附近上下波动。当种群数量偏离K值的时候，会通过负反馈调节使种群数量回到K值。5.K值并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的前提下所能容纳的最大值；种群所达到的最大值会超过K值，但这个值存在的时间很短，因为环境已遭到破坏。6.K值和K/2值的应用（1）野生生物的保护建立自然保护区，提供更宽广的生存空间，改善它们的栖息环境，减小环境阻力，从而提高环境容纳量，是保护它们的根本措施；（2）资源的合理利用捕鱼时，在刚超过K/2时开始捕捞；要使被捕种群的剩余量维持在K/2附近；目的*：因为捕鱼后保留在K/2值处，种群增长速率最大，可实现“既有较大收获量又可保持种群高速增长”。（3）有害生物的防治①从环境容纳量考虑：增大环境阻力，降低环境容纳量；②从K/2值考虑：在种群增长刚开始（达到K/2之前）的时候就进行防治；（绝对不能让种群数量增长到K/2值）【现学现用】若下图表示对濒危动物和有害动物作出措施后，种群数量的不同变化：_______图为濒危动物，具体做法为________________；_______图为有害动物，具体做法为________________。A提高环境容纳量B降低环境容纳量四、种群的“S”形增长和“J”形增长比较“J”形增长“S”形增长条件模型增长速率有无K值增长倍数食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害（即无环境阻力）资源和空间有限，天敌的制约等（即存在环境阻力）无有λ为大于1的定值增长倍数大于1，不是定值增长速率逐渐增大S形曲线的增长速率先变大，在种群数量为K/2时达到最大，后逐渐减小，直至为零（K值）四、种群的“S”形增长和“J”形增长比较（1）图中阴影部分表示什么？提示：环境阻力。（2）环境阻力如何用自然选择学说内容解释？提示：生存斗争中被淘汰的个体数。（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？提示：不等同，已经存在环境阻力。“J”形曲线无K值，无种内竞争，无天敌。补充：种群增长率与种群增长速率（1）增长率：举例：“一个种群有1000个个体，一年后增加到1100”，则该种群的增长率为：[（1100-1000）/1000]×100%=10%（2）增长速率：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：（1100-1000）/1年=100个/年增长率=（现有个体数-原有个体数）/原有个体数×100%增长速率=（现有个体数-原有个体数）/增长时间=（出生数-死亡数）/时间。（有单位，如个/年）增长率≠增长速率规律总结1.“J”形和“S”形曲线增长率的变化：t年后种群的数量为：Nt=N0λt增长率=（Nt-Nt-1）/Nt-1增长率=（现有个体数-原有个体数）/原有个体数×100%N0λt-N0λt-1N0λt-1==λ-1规律总结1.“J”形和“S”形曲线增长率的变化：看（λ-1）J形曲线S形曲线规律总结2.“J”形和“S”形曲线增长速率的变化：看曲线的斜率（即过每一点的切线）J形曲线S形曲线在“J”形曲线中，种群增长速率逐渐增大在“S”形曲线中，种群增长速率先增大后减小【现学现用】“S”形曲线与其增长速率的关系甲乙（1）图乙的fg段相当于图甲的______段；（2）图乙的g点相当于图甲的______点；（3）图乙的gh段相当于图甲的______段；（4）图乙的h点相当于图甲的______段。acccdde增长速率变化：0~K/2时逐渐增大K/2~K时逐渐减小在K/2时达到最大在K时增长速率为02.“S”形曲线与其增长率、增长速率的关系在“S”形曲线中，种群增长率逐渐减小，增长速率先增大后减小。1.“J”形曲线与其增长率、增长速率的关系在“J”形曲线中，种群增长率基本不变，增长速率逐渐增大。【现学现用】假设某草原上散养的某种家畜种群呈“S”形增长，该种群的增长速率随种群数量的变化趋势如图所示：若要持续尽可能多地收获该种家畜，则应在种群数量合适时开始捕获，应为______点对应的种群数量。丁【方法规律】K值的四种表示方法（1）①______对应的种群增长速率为0，数量最大，为K值。

②______对应的种群增长速率最大，为K/2值。（2）B点对应的种群出生率与死亡率相等，种群数量达到最大，为_______。AA’K值【方法规律】K值的四种表示方法（3）①______对应的种群数量为K值。

②______对应的种群出生率与死亡率差值最大，为K/2。（4）①______对应的种群个体数最多，即K值。

②______对应的种群个体数为K/2值。CC’DD’自然界中种群的数量一定会稳定在K值附近吗？对于大多数生物来说，种群数量总是在波动中。五、种群数量的波动①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。②但对于大多数生物来说，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。五、种群数量的波动③当种群长期处于不利条件下，种群数量会出现_______或______的______,如遭遇人类乱捕滥杀和栖息地破坏；种群的延续需要有_______________为基础；当一个种群的数量过少，种群可能会由于__________等原因而_____、______；持续性急剧下降一定的个体数量近亲繁殖衰退消亡*对于那些已经_______________________________的物种，需要采取有效的措施进行保护；低于种群延续所需的最小种群数量六、培养液中酵母菌种群数量的变化实验：探究培养液中酵母菌种群数量的变化一、实验原理：在理想的条件下，酵母菌种群的增长呈“J”形曲线；在各种资源有限或存在环境阻力的情况下，酵母菌种群增长呈“S”形曲线。随着时间推移，由于营养物质的_______、有害代谢产物的_______、pH的_______，酵母菌数量呈_______形增长。二、提出问题：培养液中酵母菌的数量是怎样随时间变化的？消耗积累改变S三、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。四、计数工具——血细胞计数板计算思考：1.每个大方格的面积为：提示：1mm22.已知加盖玻片后的深度为0.1mm；每个大方格的容积为：提示：0.1mm3(10-4mL）计数室通常有两种规格：25×16型：即大方格内分为25中格，每一中格又分为16小格16×25型：即大方格内分为16中格，每一中格又分为25小格不管计数室是哪一种构造，其每一大方格都是由16×25=25×16=400个小方格组成两种不同计数室的取样方法不同酵母菌的计数方法：五、显微镜计数操作步骤：1.将盖玻片放在血细胞计数板的计数室上；抽样检测法酵母菌的计数方法：抽样检测法五、显微镜计数操作步骤：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；酵母菌的计数方法：抽样检测法五、显微镜计数操作步骤：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；3.待酵母菌细胞全部沉降到计数室底部，将计数板放在载物台中央；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。先盖盖玻片后滴加培养液的原因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。避免因直接滴加培养液时，在计数室内产生气泡，导致计数室体积相对减少而导致计数结果偏低。5.怎么计算酵母菌数量？假设小方格酵母菌数量的平均值是A个，稀释倍数为B，求每毫升培养液中酵母菌的数量：说明：大方格体积=0.1立方毫米，每个大方格共分为25个中方格，共有25×16=400个小方格1mL培养液中细胞个数=A×400×104×稀释倍数（B）【现学现用】通常用血细胞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。提示：5×400×104×10=2×1082×1081mL培养液中细胞个数=中方格中酵母菌数量的平均值×16×104×稀释倍数1mL培养液中细胞个数=中方格中酵母菌数量的平均值×25×104×稀释倍数【现学现用】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细菌的数量；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，并用滤纸吸取多余液体。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个中方格80个小格内共有蓝细菌n个，则上述水样中约有蓝细菌_______个/mL。1mL培养液中细胞个数=中方格中酵母菌数量的平均值×25×104×稀释倍数5n×105将样液稀释100倍，采用血细胞计数板（规格为1mm×1mm×0.1mm）计数，观察到的计数室中细胞分布见下图，则培养液中藻