种群数量的变化课件-高二上学期生物人教版选择性必修2-1

第1章种群及其动态第2节

种群数量的变化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?Nn=22.72h

后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少?

2²16个时间/min细胞数24048072040961677721668719476736=2¹²=2²⁴

=2³6分

裂32645120min20406080100120180=2⁰=2¹=2²=2³=2⁴=2⁵=2⁶=2⁹问

题

探

讨一、建构种群增长模型的方法

数学模型描述一个系统或它的性质的数学形式，可以为公式、坐标图等。Nn=2

精确，但不够直观。

直观，但不够精确。研究实例细菌每20min

分裂一次，怎样计

算细菌繁殖n代后的数量?↓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=2nN

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研究方法观察研究对象，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一、建构种群增长模型的方法

建立数学模型四步骤：[应用示例]下列关于建构种群增长模型方法的说法，不正确的是(BA.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思

考

与

讨

论

：

分析自然界种群增长的实例资料11859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。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”形增长自然界确有类似细菌在理想条件下的种群数量增长

形式，如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出曲线表示，曲线大致呈

“J”型

。1、J

型增长的模型构建过程(1)观察研究对象，提出问题：(2)提出合理假设：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。种群数量每年以一定的倍数增长，第二年是第

一年的λ倍。产生条件增长特点时

间数学模型1:曲线图二.

种

群

的“J”增

长(

3

)

建

立

模

型(数学公式):一年后种群的数量为：

N₁=N₀

^¹二年后种群的数量为：

N₂=N₁-λ=N₀^²t年后种群的数量为：

Nt=N₀

入(N₀为起始数量，

t为时间，N表示t

年后该种群的数量，入表示该种群

数量是一年前种群数量的倍数。)(4)实验或观察等进行检验3.

实例①实验室条件。②动物迁入适宜其生活的新环境后的初始阶段；③外来入侵物种的种群数量变化；福寿螺原产中美洲的热带

和亚热带地区，如阿根廷、

玻利维亚、巴西、巴拉圭

及乌拉圭等。

广泛分布于

北美、亚洲、非洲等十多

个国家，已成为世界性的

外来入侵生物。福寿螺凤眼莲

(水葫芦)凤眼莲原产于南美，1901年作为花卉引入中国.由于繁殖

迅速，又几乎没有竞争对手和天敌，我国目前有184万吨.

它对其生活的水面采取了野蛮的封锁策略，挡住阳光，

导致水下植物得不到足够光

照而死亡。1-4年，种群数量呈“J”

形增长

λ值4-5年，种群数量

增长

2.05-9年，种群数量

相对稳定一

1.510-11年，种群数量下

降—

0.511-13年，种群数量

下

降

0

12345678910111213

时间(年)前9年，种群数量第

1

1

-

1

2

最

，12-13年增长9-13年，种群数量第5

年最低129-10年，种群数量

1.0练

习

：据图说出种群数量如何变化A.第1～5年间种群呈“J”形增长B.第20～30年间种群增长率为0C.到20年时种群的数量最大D.第15～20年间种群数量不断减少【典例】下图是调查小组的同学从当地主管部门获得的某物种种群

数量的变化图，据此不能得出的结论是(三

、种

群

的“S”

形

增

长资料：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，得出了如图所示的结果。1.模型假设：资源和空间有限，天敌的制约等(即存在环境阻力)2.建立模型：“S”形增长出生率降低，死亡率升高，种群增长减缓；de段：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；三

、种

群的“S”形

增

长3.曲线图分析：cd

段：资源和空间有限，种群密度增大，种内竞争加剧，K值一定环境条件所能维持的种群最大数量称为环境容纳量。ab

段：bc

段：4.关于K值(1)K

值并不是种群数量的最大值种群所达到的最大值可能会超过K值，如过度繁殖。K值会随着环境的改变而发生变化，如季节性变化、过度放牧、环境污染等。当环境遭受破坏时，

K值变化是

;下降境条件状况改善时，

K

值会

O上升在环境不遭受破坏的情况下，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

负反馈节使种群数量回到K值。原来的环境容纳量新的环境容纳量(2)同一种生物的K值不是固定不变的种群增长速率A

时间(1)百分比死亡率出生率0

B

(2)

时

间①

A点

对应的种群增长速

率为0,数量最大，为K值。

A'点

_对应的种群增长速率最大，为

K/2

值。B点对应的种群出生率与死

亡率相等，种群数量达到最(3)K值的四种表示方法0

A'①

C点

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值。①

D点

对应的种群个体数

最多，即

K值

。②

D'

点对应的种群个体数为K/2

值

。个出生率或死亡率死亡率出生率C′

C(3)种群密度0(4)K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，从而提高环境容例如：可利用将食物储藏在安全

处，断绝或减少食物来源，养殖

或释放天敌等措施来降低老鼠的

环境容纳量：纳量，是保护它们的根本措施。②有害生物的防治增大环境阻力，降低环境容纳量。5

、

K/2

的

应

用自然资源的利用a.渔业捕捞应在K/2以后

;b.捕捞后鱼的种群数量维持在

K/2

;

理由是：因为K/2值之后开始捕捞，捕捞持续时间长，能有较大的捕获量。

捕鱼后保留在K/2值处，种

群增长速率最大，种群数量恢复最快。实现了“既有较大收获量又可保持种群高速增长”,符合可持续发展的原则。有害生物的防治在种群增长刚开始

(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1/2K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：种群个体数量K₁K₂-0

B

时间

A

图为濒危动物，具体做法为

提高环境容纳量B

图为有害动物，具体做法为

降低环境容纳

量种群数量现学现用：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，应为工

点对应的种群数量。项目“J”形曲线“S”形曲线增长模型种群数量种群数量B0

时间前提条件理想状态

：①

食

物

、

空

间

条

件充

裕气候适宜没

有

敌

害

、

疾病现实状态：①食物、空间有限②各种生态因素综合作用K值有无无有四

.种

群

的“J”形增长与“S”形增长的比较1.

图形比较时间②

③0项目“J”形曲线“S”形曲线联系两种增长曲线的差异主

要是因_

环

境

阻

力大

小同

，

对种群增长的影响不同适用范围实验条件下或种群迁入新

环境最初一段时间自然种群阴影面积为环境阻力，按自然选择学说，就是生存斗争中被淘汰的个体数。0

时间“J”型曲线环境阻力K(

环

境

容

纳

量

)“S”型曲线种

群

数

量N₀λ

N₀λt

-1B

入-1N₀λt

-1个增长率

=入-10

时间个0

时间时间(1)

“J”

形曲线

增长率=

(Nt-Nt

-1)/Nt注意：J

形增长曲线种群增长率不变(=入-1),增长速率越来越大!2.

比较“J”形曲线、

“S”形曲线的增长速率、增长率种个

群

增

长

速

率0种

群

增

长

率种群数量ft₁t₂

时间K/2

K

数量或时间增长率(2)

“S”形曲线增长速率增长率A.

图2中曲线X可表示图1中前5年种群数量的增长情况B.图1中第10年种群数量对应图2中曲线Y上的C点C.图2中B点时种群增长速率最大D.图1中第15年种群数量最少【典例】图1表示某种群数量变化的相关曲线图，图2是在理想环境和自然条件下的种群数量增长曲线。下列有关叙述错误的是(

D0.50

5

10

15

2025时间/年

图

1λ↑21.5λ=前一年年种数数量图

2CA.0～a

年，种群数量不变，其年龄结构为稳定型

B.a～C年，种群数量下降，其年龄结构是衰退型

C.b～d年，种群数量增加，种群呈“S”形曲线增长

D.d～e年，种群数量增加，种群呈“J”形曲线增长[对点小练]假定当年种群数量是一年前种群数量的λ倍，如图表示λ值随时间

变化的曲线示意图。下列相关叙述错误的是(λ↑210

a

b

c

d

e时间/年10

种

群

数

量

/

级

数

东亚飞蝗种群数量的波动864201

91

31

91

71

9

2

1

1

9

2

5

1

9

2

9

1

9

3

3

1

9

3

7

1

9

4

1

1

9

4

5

1

9

4

9

1

9

5

3

1

9

5

7

1

9

6

1

年

份五.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。1.原因①非生物因素：气候条件、水资源等。②生物因素：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。影响结果原因分析实例易成灾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蝗灾、鼠灾、赤潮

等是种群数量爆发

增长的结果易消亡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2.种群数量波动产生的影响寒冷寒冷600050004000300020001000040

5060

70

77时间/年欧洲灰鹭种群数量/对连续暖冬寒冷1928、探究培养液中酵母菌种群数量变化的实验(一)实验前准备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。(

二)实验原理(1)用液体培养基培养酵母菌，种群的增长受_

培养液的成分

、

空间

等因素的影响。

温度(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资源和酵帕菌数量可用_

法。抽样检测液体

培养基，无

菌

条件酵母菌均匀分布于培养基中将酵母菌接种到培养液中混合均

匀并培养，每天将含有酵母菌的

培养液滴在计数板上，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1.

酵母菌培养↓2.

振荡培养基↓3.

观察并计数(三)

实验流程↓4.

重复(2)、(3)步骤

连续观察7d,

统计数目↓将所得数值用曲线表示出来，得出酵母菌种群的数量变化规律8第

1

天

第

4

天

第

6

天

第

7

天5.

绘图分析时间(天)次数工234C67工23…

…平均(四)

实验结果1.请你设计处理实验数据的表格3.封闭环境中的种群数量变化模型在封闭环境中，无外源物质和能量的补K充，随着时间推移，由于营养物质的

消耗有害代谢产物的

、pH的

积累

,酵母菌数量开始下降。恒定容积培养液中酵母菌的增长曲线归纳：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(五)

实验操作分析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

为了是培养液中的酵母菌均匀分布，以保证估算的准确性。

2.本实验需要设置对照吗?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。3.本实验进行重复实验目的是提高实验数据的准确性，避免偶然误差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——稀释一定倍数(如10倍)后重新计数一。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(六)

注意事项：(1)

取样时间需一致，且应做到随机取样

(每天同一时间取样，或者

每隔相同一段时间取样);(2)抽取样液之前，需要振荡，使酵母菌均匀分布，如果未振荡试管

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；二是从试管上部吸出的培养液浓度偏小。

因为酵母菌会沉降在瓶底；(3)若保持培养条件，酵母菌种群数量不会一直保持稳定，将会下降，

因为营养物质减少、代谢废物增多、空间有限、

pH降低等；(4)血细胞计数板使用完毕后，

用水冲洗干净或浸泡在酒精溶液中，

切勿用硬物洗刷或抹擦，以免损坏网格刻度加样处0.1mmSMIC400mm²最制港字02270113%1/400mm²QIUJNG血

细

胞

计

数

板：一种用来对较大的单细胞微生物等计数的仪器盖玻片计数网格MADE

INCHINA×EK.25.0.10mmXB-K-25两个网格。咱们实验的时候一般只用其中的一个图

1

血球计数板计数室最外侧边缘的平台示意图2

适量加样后血球计数板侧面观图3

过量加样后血球计数板侧面观加样的时候从盖玻片的边缘处加样菌液便会自然流到盖玻片与载玻片

之间的高度差即缝隙中细菌就在这个“缝隙”里待着适当加样正好填满盖玻片和载玻片的高度差即缝隙里如果过量加样，缝隙装不下菌液菌液便会流到计数板凹陷处(东北话叫冒漾了)1mm燕16×25计

数

室

(

中

间

大

方

格

)

的

长

和

宽

各

为1mm,

深

度

为0.1

mm,

其

体

积

为0.1

mm³,

合

1×10

mt。计数室是由_

25×16=40

0

个小格组成注：有的是16中格，25小格，共400小格。网格区域0.1mm

XB-K-25大方格(中间为计数室)中方格1/400m

SHANCHAI血球计数板外观图(侧视图、俯视图)

小方格

中方格小方格25×16五点取样法例：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?二A×5×10⁴

×B

(稀释倍数)A2A4A1A3注：1毫升=1立方厘米A5VV估算培养液中酵母菌种群密度的常用方法称为抽样检测法

，在吸取细胞

培养液计数之前需要将培养液振荡摇匀若吸取酵母菌样液1mL并稀释100倍，

采用血球计数板(规格为1mm×1mm×0.1mm,16

格×25格)计数，观察的结果如图

3所示，则该1ml样品中酵母菌数约为

个。8×10⁸回答下列问题：甲

图1【典例】下图