1.2 種群數(shù)量的變化-【情境教學(xué)】高二生物高效課堂課件（人教版2019選擇性必修2）

第二節(jié)種群數(shù)量的變化1.怎樣建構(gòu)種群增長的模型？2.種群的數(shù)量是怎樣變化的？問題情境

我們的手上難免沾染細(xì)菌。細(xì)菌的繁殖速率很快，因而我們要常洗手。假設(shè)在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某種細(xì)菌每20min就通過分裂繁殖一代。根據(jù)假設(shè)計算出1個細(xì)菌在不同時間產(chǎn)生后代的數(shù)量，記錄在自己設(shè)計的表格中。時間（min)20406080100120140160180分裂次數(shù)123456789數(shù)量（個）248163264128256512指數(shù)形式212223242526272829第n代細(xì)茵數(shù)量的計算公式是什么？Nn=N0×2n數(shù)學(xué)模型1數(shù)學(xué)模型用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。數(shù)學(xué)公式曲線圖2類型數(shù)學(xué)公式曲線圖Nn=N0·2n精確直觀回顧：高中生物中學(xué)習(xí)過哪些模型呢？模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認(rèn)識對象所作的一種簡化的概括性描述。物理模型數(shù)學(xué)模型概念模型模型任務(wù)一：建構(gòu)某種細(xì)菌種群的增長模型數(shù)學(xué)模型時間（min)20406080100120140160180分裂次數(shù)123456789數(shù)量（個）248163264128256512指數(shù)形式212223242526272829請以時間為橫坐標(biāo)，細(xì)菌數(shù)量為縱坐標(biāo)，請在下面坐標(biāo)圖中畫出細(xì)菌的數(shù)量增長曲線數(shù)學(xué)模型3步驟細(xì)菌每20min分裂一次，怎樣計算細(xì)菌繁殖n代后的數(shù)量？資源和生存空間沒有限制的條件下，細(xì)菌種群的增長不會受種群密度增加的影響Nn=2n或繪制曲線圖N代表細(xì)菌數(shù)量，n表示第幾代觀察、統(tǒng)計細(xì)菌數(shù)量，對自己所建立的模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正研究方法研究實(shí)例提出合理的假設(shè)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)，即建立數(shù)學(xué)模型通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等，對模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正觀察研究對象，提出問題數(shù)學(xué)模型【練習(xí)】在營養(yǎng)和生存空間等沒有限制的理想條件下，某細(xì)菌每20min就分裂繁殖一代。現(xiàn)將該細(xì)菌種群(t個個體)接種到培養(yǎng)基上(資源、空間無限)，m小時后，理論上該種群的個體總數(shù)是A.t·2m B.t·220C.t·22m D.t·23m√自然界種群增長實(shí)例閱讀P8思考討論中的兩則資料，思考以下問題思考1：這兩個資料中的種群增長有什么共同點(diǎn)？思考2：種群出現(xiàn)這種增長的原因是什么？思考3：這種種群增長的趨勢能不能一直持續(xù)下去？為什么？種群的“J”形增長1種群的“J”形增長(1)含義：在

條件下種群增長的形式，如果以

為橫坐標(biāo)，

為縱坐標(biāo)畫出曲線來表示，曲線則大致呈“J”形。適用對象：①實(shí)驗(yàn)室條件下；②當(dāng)一個種群剛遷入到一個新的適宜環(huán)境時。(2)數(shù)學(xué)模型①模型假設(shè)a.條件：

條件充裕、氣候適宜、沒有

等。b.數(shù)量變化：種群的數(shù)量每年以

增長，第二年的數(shù)量是第一年的

倍。理想時間種群數(shù)量食物和空間天敵和其他競爭物種一定的倍數(shù)λ種群的“J”形增長③各參數(shù)的含義Nt=N0

λt

Nn

=1×2nt年后該種群的數(shù)量為起始數(shù)量表示該種群數(shù)量是前一年種群數(shù)量的倍數(shù)。時間②建立模型：t年后種群數(shù)量表達(dá)式為Nt＝

。N0λt種群的“J”形增長

①當(dāng)λ=1時，種群數(shù)量如何變化？②當(dāng)λ＞1時，種群數(shù)量如何變化？③當(dāng)λ＜1時，種群數(shù)量如何變化？【思考2】當(dāng)λ＞1時，種群一定呈“J”形增長嗎？種群數(shù)量不變(相對穩(wěn)定)種群數(shù)量增長種群數(shù)量下降不一定；只有λ＞1且為定值時，種群增長才為“J”形增長；種群數(shù)量變化符合數(shù)學(xué)公式：Nt＝N0λt時，種群增長曲線一定是“J”形嗎？并說明理由。種群的“J”形增長請根據(jù)“J”形增長數(shù)學(xué)公式，分別構(gòu)建“J”形增長種群的增長率和增長速率的曲線模型。增長率＝(現(xiàn)有個體數(shù)－原有個體數(shù))/原有個體數(shù)×100%(無單位)；增長速率＝(現(xiàn)有個體數(shù)－原有個體數(shù))/增長時間(有單位，如個/年)。λ-1（λ-1）N0λt-1

（λ>1，且不變）（λ>1，且不變）種群的“J”形增長①1～4年，種群數(shù)量_______________②4～5年，種群數(shù)量_______________③5～9年，種群數(shù)量_______________④9～10年，種群數(shù)量______________⑤10～11年，種群數(shù)量_____________⑥11～13年，種群數(shù)量_____________

。⑦

前9年，種群數(shù)量第_______年最高⑧9～13年，種群數(shù)量第______年最低呈“J”形增長增長相對穩(wěn)定下降下降11～12下降，51212～13增長λ=當(dāng)年種群數(shù)量前一年種群數(shù)量據(jù)圖說出種群數(shù)量如何變化種群的“J”形增長

鳳眼蓮（俗稱水葫蘆）原產(chǎn)于南美，1901年作為花卉引入中國。由于繁殖迅速，又幾乎沒有競爭對手和天敵，我國目前有184萬噸。它對其生活的水面采取了野蠻的封鎖策略，擋住陽光，導(dǎo)致水下植物得不到足夠光照而死亡。實(shí)例1種群的“J”形增長實(shí)例2外來入侵物種紫莖澤蘭在中國外來入侵物種中名列第一位的紫莖澤蘭，原產(chǎn)美洲的墨西哥至哥斯達(dá)黎加一帶，大約20世紀(jì)40年代，紫莖澤蘭由中緬邊境傳入中國云南南部?，F(xiàn)在，云南80%面積的土地都有紫莖澤蘭分布，對當(dāng)?shù)厣锒鄻有栽斐闪藝?yán)重破壞。種群的“J”形增長2000年之前我國人口變化實(shí)例3培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化提出問題培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量是怎樣隨時間變化的？材料用具酵母菌、無菌馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液、試管、血細(xì)胞計數(shù)板、滴管、顯微鏡等。釀酒和做面包都需要酵母菌，這些酵母菌可以用液體培養(yǎng)基（培養(yǎng)液）來培養(yǎng)。培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化①培養(yǎng)液配制、分裝、滅菌將10ml無菌馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液加入試管中②接種將酵母菌接入試管中的培養(yǎng)液混合均勻③培養(yǎng)將試管在28℃條件下連續(xù)培養(yǎng)④計數(shù)每天取樣使用血球計數(shù)板統(tǒng)計酵母菌數(shù)量⑤分析結(jié)果，得出結(jié)論將所得數(shù)據(jù)用曲線圖表示出來，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出酵母菌種群數(shù)量變化規(guī)律。培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化血球計數(shù)板是一種專門用于計算較大單細(xì)胞微生物的一種儀器，由一塊比普通載玻片厚的特制玻片制成的。計數(shù)板的型號和規(guī)格表示此計數(shù)板分25個中格蓋上蓋玻片后計數(shù)室的高表示計數(shù)室面積是1mm2，分400個小格，每小格面積是1/400mm2培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化玻片中有四條下凹的槽，構(gòu)成三個平臺，中間的平臺較寬；其中間又被一短橫槽隔為兩半，形成2個同樣的計數(shù)池；計數(shù)池的深度為0.10mm。培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化每個計數(shù)池畫有長、寬各3.0mm的方格，分為9個大方格；只有中間的一個大方格為計數(shù)室；這一大方格的長和寬各為1mm，深度為0.1mm，則其容積為0.1mm3。3.0mm3.0mm123456789計數(shù)室培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化計數(shù)室中央大方格又用雙線分成25個中方格；位于正中及四角5個中方格是計數(shù)區(qū)域；每個中方格用單線劃分為16個小方格。即每一大方格都是由16×25=25×16=400個小方格組成。培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化使用血球計數(shù)板計數(shù)時，先測定每個小方格中微生物的數(shù)量再換算成每毫升菌液（或每克樣品）中微生物細(xì)胞的數(shù)量。1mL培養(yǎng)液中細(xì)胞個數(shù)：=小方格中細(xì)胞數(shù)量的平均值×400×104×稀釋倍數(shù)中方格中酵母菌數(shù)量的平均值×25×104×稀釋倍數(shù)中方格中酵母菌數(shù)量的平均值×16×104×稀釋倍數(shù)如果每一個中格（一個計數(shù)室共25個中格）平均有酵母菌40個，用來計數(shù)的培養(yǎng)液稀釋了100倍，請估算每1mL原始酵母菌培養(yǎng)液有酵母菌多少個？40×25÷0.1×1000×100=1×109（個/mL）培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化若使用的血細(xì)胞計數(shù)板(規(guī)格為1mm×1mm×0.1mm)每個計數(shù)室分為25個中方格，每個中方格又分為16個小方格，將樣液稀釋100倍后計數(shù)，發(fā)現(xiàn)計數(shù)室四個角及中央共5個中方格內(nèi)的酵母菌總數(shù)為20個，則培養(yǎng)液中酵母菌的密度為

個/mL。1×108解析：根據(jù)公式：（20÷5)×25×10000×100＝1×108培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化討論思路對酵母菌培養(yǎng)：液體培養(yǎng)基，無菌條件對酵母菌計數(shù)：（1）方法：抽樣檢測（2）步驟：蓋玻片放在血細(xì)胞計數(shù)板的計數(shù)室上；用吸管吸取培養(yǎng)液，滴于蓋玻片邊緣，讓培養(yǎng)液自行滲入。多余的培養(yǎng)液用濾紙吸去；稍待片刻，待酵母菌全部沉降到計數(shù)室底部，將計數(shù)板放在載物臺的中央，計數(shù)一個小方格內(nèi)的酵母菌數(shù)量；以此為根據(jù)，估算試管試管中的酵母菌總數(shù)。蓋玻片下的培養(yǎng)液厚度為0.1mm，請推導(dǎo)出將一個小方格范圍內(nèi)的酵母菌數(shù)目，換算成10mL培養(yǎng)液中酵母菌總數(shù)的公式。培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化討論思路2.討論：（1）本探究需要設(shè)置對照嗎？如果需要，請討論對照組應(yīng)怎樣設(shè)計和操作；如果不需要，請說明理由。（2）要做重復(fù)實(shí)驗(yàn)嗎？為什么？（3）怎樣記錄結(jié)果？記錄表怎樣設(shè)計？不需要對照,

在時間上形成前后自身對照。需要重復(fù)實(shí)驗(yàn)，對每個樣品可計數(shù)三次，再取平均值，以提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化

一定體積培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量變化實(shí)驗(yàn)結(jié)果1（106個）2（106個）3（106個）4（106個）5（106個）6

（106個）7（106個）8（106個）第〇天1.53.58.52.51.52.521第一天4.58.519.552.55.543第二天11.5222518.5211613.518第三天2336.584.565.52828.534.570.5第四天48.5127.51731171843658114.5第五天109123.5228.595.521372194.5239.5第六天177124237206.5198215.5205.9170.5第七天136193386222.5185133156.5125第八天139197.5220.5201.5178114258229.5平均值（106個）2.886.5618.1946.38107.3160191.2192.5192.6培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化種群經(jīng)過一定時間的增長后，數(shù)量趨于穩(wěn)定，增長曲線呈“S”形。這種類型的種群增長稱為“S”形增長。生態(tài)學(xué)家高斯的實(shí)驗(yàn)：在0.5mL培養(yǎng)液中放入5個大草履蟲，每隔24h統(tǒng)計一次大草履蟲的數(shù)量。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下表示。種群的“S”形增長時間0123456數(shù)量520137319369375373時間/d種群數(shù)量/個K=375請繪制大草履蟲的種群增長曲線大草履蟲的數(shù)量在第幾天增長較快？為什么大草履蟲種群沒出現(xiàn)“J”形增長？這種類型的種群增長稱為什么？第五天后大草履蟲的數(shù)量出現(xiàn)什么變化？種群的“S”形增長(1)含義：種群經(jīng)過一定時間的增長后，數(shù)量趨于穩(wěn)定，增長曲線呈“S”形。(2)數(shù)學(xué)模型①模型假設(shè)出生率=死亡率2種群的“S”形增長②建立模型環(huán)境容納量：

的環(huán)境條件所能

的種群

數(shù)量，又稱K值。一定維持最大種群的“S”形增長(3)曲線分析ab段:bc段:cd段:de段:種群基數(shù)小，需要適應(yīng)新環(huán)境，增長較緩慢；資源和空間豐富，出生率升高，種群數(shù)量增長迅速；資源和空間有限，種群密度增大，種內(nèi)競爭加劇，出生率降低，死亡率升高，種群增長減緩；出生率約等于死亡率，種群增長速率幾乎為0，種群數(shù)量達(dá)到K值，且維持相對穩(wěn)定。調(diào)整期加速期轉(zhuǎn)折期減速期飽和期種群的“S”形增長請結(jié)合數(shù)據(jù)研究種群增長率和增長速率的變化規(guī)律。時間（天）12345678酵母數(shù)（106個）6.5618.1946.38107.3160191.2192.5192.6種群增長率不計種群增長速率不計177％155％131％49％20％0.6%11.6328.19060.9252.731.21.30種群的“S”形增長請結(jié)合“S”形增長曲線及其斜率變化，研究種群增長率和增長速率的變化規(guī)律。(1)種群數(shù)量＝N0，增長速率為___<K/2，增長速率__________＝K/2，增長速率_____>K/2，增長速率__________＝K，增長速率為___0逐漸增大最大逐漸減小0S型曲線增長速率曲線增長速率時間t1t2K/2KABCDE種群的“S”形增長種群的“S”形增長同種生物的K值是固定不變的嗎？哪些因素會影響動物種群的環(huán)境容納量？同種生物的K值不是固定不變的。環(huán)境因素、生物自身的遺傳特性、食物、棲息場所、天敵及其他生存條件均會影響動物種群的環(huán)境容納量。請據(jù)圖分析：該種群的K值為_____。K2環(huán)境容納量（K值），即在保證環(huán)境不被破壞前提下所能維持的種群最大數(shù)量；在環(huán)境不遭到破壞的情況下，種群數(shù)量也會在K值附近上下波動