1.2 種群數(shù)量的變化課件-高二上學(xué)期生物人教版選擇性必修2-1

選必2第一章

種群及其動態(tài)種群數(shù)量的變化我們的手上難免沾染細菌。細菌的繁殖速率很快，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，某種細菌20min就通過分裂繁殖一代。討論：1.n代細菌數(shù)量Nn的計算公式是什么？Nn=2n2.

72h后，由一個細菌分裂產(chǎn)生的細菌數(shù)量是多少？

22163.在一個培養(yǎng)瓶中，細菌的數(shù)量會一直按照這個公式描述的趨勢增長嗎？如何驗證你的觀點？不會，因為培養(yǎng)瓶中的營養(yǎng)物質(zhì)和空間是有限的?？梢杂脤嶒炗嫈?shù)來驗證。一

構(gòu)建種群增長模型的方法1模型物理模型：以實物或圖畫形式直觀地表達認識對象的特征。概念模型：用線條和文字直觀而形象地表示出某些概念之間的關(guān)系。數(shù)學(xué)模型：以數(shù)學(xué)關(guān)系或坐標(biāo)曲線圖表示生物學(xué)規(guī)律。模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認識對象所作的一種簡化的概括性描述。物理模型數(shù)學(xué)模型概念模型一

構(gòu)建種群增長模型的方法2建立數(shù)學(xué)模型的步驟請算出一個細菌產(chǎn)生的后代在不同時間數(shù)量，并填入下表，畫出細菌種群數(shù)量的增長曲線。時間/min020406080100120140160180繁殖代數(shù)0123456789細菌數(shù)量/個20248163264128256512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。020406080100120140160時間（min）細菌的數(shù)量Nn=2n這里總共呈現(xiàn)了哪些數(shù)學(xué)模型？表格、公式、曲線圖數(shù)學(xué)公式：曲線圖：精確，但不夠直觀。直觀，但不夠精確。一

構(gòu)建種群增長模型的方法2建立數(shù)學(xué)模型的步驟觀察現(xiàn)象，提出問題做出合理的假設(shè)（模型假設(shè)）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對事物的性質(zhì)進行表達（建立數(shù)學(xué)模型）通過進一步實驗或觀察等對模型進行檢驗或修正研究實例細菌每20min分裂一次，怎樣計算細菌繁殖n代后的數(shù)量在資源和空間無限的環(huán)境中，細菌種群的增長不會受種群密度增加的影響Nn=2nN代表細菌數(shù)量，n表示第幾代觀察、統(tǒng)計細菌的數(shù)量，對自己建立的模型進行檢驗或修正研究方法一

構(gòu)建種群增長模型的方法2建立數(shù)學(xué)模型的步驟假設(shè)細菌初始數(shù)量為N0，寫出第n代細菌數(shù)量Nn的計算公式？Nn=N0×2n什么條件下細菌數(shù)量能滿足上述公式？食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有天敵和其他競爭者等。一

構(gòu)建種群增長模型的方法

分析自然界種群增長的實例資料1：1859年，澳大利亞24只野兔6億只野兔1個世紀資料2：1937—1942年，某島嶼上環(huán)頸雉種群數(shù)量增長如圖討論：1.這兩個資料中的種群增長有什么共同點？出現(xiàn)這種增長的原因是什么？種群呈“J”形曲線增長。原因是食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有天敵等。2.這種種群增長的趨勢能不能一直持續(xù)下去？為什么？不能。因為資源和空間是有限的。二

種群的“J”形增長1模型構(gòu)建在理想條件下，以時間為橫坐標(biāo)，種群數(shù)量為縱坐標(biāo)，畫出的種群增長曲線大致呈“J”形。這種類型的種群增長稱為“J”形增長。

模型假設(shè)：①食物和空間條件充裕；②氣候適宜；③沒有天敵；④沒有其他競爭物種等。種群數(shù)量每年以一定的倍數(shù)(λ)增長。種群起始數(shù)量為N0,

求第t年的種群數(shù)量（Nt）的表達式？二

種群的“J”形增長1模型構(gòu)建建立模型(數(shù)學(xué)公式)：Nt=N0·λtN0：為起始數(shù)量；t：為時間；Nt：表示t年后該種群的數(shù)量；λ：表示該種群數(shù)量是前一年種群數(shù)量的倍數(shù)。種群數(shù)量N0

時間0二

種群的“J”形增長1模型構(gòu)建對公式中“λ”的理解：Nt＝N0λt

表達式中，λ表示種群數(shù)量是前一單位時間種群數(shù)量的倍數(shù)，不是增長率。項目種群數(shù)量變化年齡結(jié)構(gòu)λ>1

λ＝1

λ<1

增加增長型相對穩(wěn)定穩(wěn)定型減少衰退型思考：種群數(shù)量變化符合公式Nt＝N0λt

的一定是“J”形增長曲線嗎？不一定；只有λ＞1且為定值時，種群增長才為“J”形增長。據(jù)圖說出種群數(shù)量如何變化：λ=當(dāng)年種群數(shù)量前一年種群數(shù)量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_____________

。⑦9～13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，1212～13增長二

種群的“J”形增長2“J”形增長曲線的增長率增長率：單位時間內(nèi)凈增加的個體數(shù)占原來個體數(shù)的比例＝×100％增長率

＝期末值－期初值Nt－Nt-1Nt-1期初值=（λ-1）×100％（λ>1的定值）（增長率>0，且不變）“J”形增長的種群增長率不受種群密度制約，增長率保持不變。二

種群的“J”形增長3“J”形增長曲線的增長速率增長速率：單位時間內(nèi)增加的個體數(shù)。＝增長速率

＝期初值－期末值Nt－Nt-1Δt單位時間（λ>1的定值）＝ΔNtΔt實質(zhì)就是“J”形曲線的斜率。二

種群的“J”形增長4具體實例外來入侵物種初期水葫蘆福壽螺實驗室條件生物培養(yǎng)的一段時間

理想條件下，一年之內(nèi)蒼蠅能繁殖20-30個世代，保守的估計每只雌蠅一生能產(chǎn)200個后代，據(jù)估計兩只雌雄蒼蠅繁殖一年之后，后代可以把整個地球的表面都覆蓋住，高度達到14厘米?。∽匀唤缰猩飻?shù)量變化沒有呈現(xiàn)J形增長的原因？資源、空間等方面的限制。三

種群的“S”形增長1模型構(gòu)建【實例】生態(tài)學(xué)家高斯的實驗：

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)實驗，結(jié)果如下圖所示。

大草履蟲種群增長的曲線與“J”形曲線有什么不同？為什么大草履蟲種群沒有出現(xiàn)“J”形增長？大草履蟲種群增長的曲線呈“S”形。由于隨著大草履蟲數(shù)量的增多，對食物和空間的競爭趨于激烈，導(dǎo)致出生率下降，死亡率升高。三

種群的“S”形增長1模型構(gòu)建【實例】生態(tài)學(xué)家高斯的實驗：

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)實驗，結(jié)果如下圖所示。

觀察曲線，我們可以發(fā)現(xiàn)曲線的斜率有什么變化？在實驗第5天后，大草履蟲的數(shù)量基本維持在375個左右，這個數(shù)值意味著什么？斜率：先增大后減小。該環(huán)境條件下所能維持的種群最大數(shù)量，即環(huán)境容納量，又稱K值。三

種群的“S”形增長1模型構(gòu)建

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。適用條件：一般自然條件下（現(xiàn)實狀態(tài)）種群的增長——資源和空間有限，天敵的制約等（即存在環(huán)境阻力）。三

種群的“S”形增長2環(huán)境容納量一定的環(huán)境條件所能維持的種群最大數(shù)量稱為環(huán)境容納量，又稱K值。注意：

環(huán)境容納量會受到環(huán)境因素的影響，但該種群自身的數(shù)量特征不會影響環(huán)境容納量。

生物的遺傳特性和食物、棲息場所、天敵及其他生存條件均會影響環(huán)境容納量。K種群數(shù)量時間0BCDEAK/2（1)該種群的K值為_________。根據(jù)右圖回答下列問題：（2)同一種群的K

值不是固定不變的，會受到環(huán)境因素的影響:環(huán)境改善,K值_________；環(huán)境惡化，K值_________。（3)K值

（填“是”或“不是”）種群數(shù)量的最大值。K2增大減小不是三

種群的“S”形增長K種群數(shù)量時間0BCDEt1t2AK/2AB段：種群基數(shù)小，需要適應(yīng)新環(huán)境，增長較緩慢；BC段：資源和空間相對豐富，出生率升高，種群數(shù)量增長迅速；C點：種群數(shù)量為K/2，種群增長速率達到最大；CD段：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；DE段：出生率約等于死亡率，種群增長速率幾乎為0，種群數(shù)量達到K值，且維持相對穩(wěn)定。“S”形增長曲線圖分析：注意：在環(huán)境條件沒有變化的情況下，種群數(shù)量在K值上下波動，動態(tài)平衡。三

種群的“S”形增長3“S”形增長曲線的增長率K種群數(shù)量時間0BCDEAK/2增長率受種群密度制約，種群增長率不斷減小。

隨著種群數(shù)量的增加，對食物和空間的競爭趨于激烈，導(dǎo)致出生率下降，死亡率升高。＝×100％增長率

＝期末值－期初值Nt－Nt-1Nt-1期初值增長率

＝出生率－死亡率時間增長率0三

種群的“S”形增長3“S”形增長曲線的增長速率增長速率先增大后減小，最后為0。當(dāng)種群數(shù)量為k/2時，增長速率達到最大。K種群數(shù)量時間0BCDEAK/2t1t2增長速率時間t1t20三

種群的“S”形增長4K值和K/2值的運用實踐應(yīng)用1：野生生物的保護野生大熊貓種群數(shù)量銳減的關(guān)鍵原因是什么？最根本原因是：野生大熊貓的棲息地遭到破壞，食物和活動范圍縮小，K值降低。保護大熊貓的根本措施是什么？建立自然保護區(qū)，改善棲息環(huán)境，從而提高環(huán)境容納量。三

種群的“S”形增長4K值和K/2值的運用實踐應(yīng)用2：有害動物的防治根據(jù)種群的“S”形增長曲線，你能想到通過哪些方式來防治鼠？如要滅鼠在什么時期進行最好？K種群數(shù)量時間0BCDEAK/2增大環(huán)境阻力→降低K值→防治老鼠。如斷絕或減少食物來源、養(yǎng)殖天敵、搞好環(huán)境衛(wèi)生等等。防止老鼠種群數(shù)量達到K/2處三

種群的“S”形增長4K值和K/2值的運用實踐應(yīng)用3：指導(dǎo)漁業(yè)捕撈

為了保護魚類資源不受破壞，并能持續(xù)地獲得最大捕魚量，應(yīng)使被捕魚群的種群數(shù)量保持在什么水平？為什么？K種群數(shù)量時間0BCDEAK/2

種群數(shù)量達環(huán)境容納量的一半（K/2）時種群增長速率最大。所以捕撈后要讓種群數(shù)量處于在K/2處。千島湖捕魚盛況水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)三

種群的“S”形增長4K值和K/2值的運用實踐應(yīng)用4：確定合理載畜量

草原上放養(yǎng)牲畜時，需要確定合理載畜量，不能過度放牧，

合理載畜量的確定需要依據(jù)：K種群數(shù)量時間0BCDEAK/2種群的環(huán)境容納量K值。小結(jié)：K值減小環(huán)境阻力→增大K值→保護野生生物資源增大環(huán)境阻力→降低K值→

防治有害生物草原最大載畜量不超過K值→合理確定載畜量K/2值漁業(yè)捕撈后的種群數(shù)量要在K/2值處K/2值前防治有害生物，嚴防達到K/2值處“J”形增長和“S”形增長對比“J”形增長“S”形增長產(chǎn)生條件增長特點曲線聯(lián)系

食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有天敵和其他競爭物種等理想條件。資源和空間有限、受氣候變化影響、受其他生物制約。每種群數(shù)量以一定倍數(shù)增長，種群增長速率越來越快。沒有K值。種群增長速率先逐漸增大，K/2時增長速率最大，此后增長減緩，到K值時停止增長?！癝”形增長是“J”形增長在自然界環(huán)境阻力作用下發(fā)展的必然結(jié)果?！癑”形增長和“S”形增長（1）圖中陰影部分表示什么？（2）環(huán)境阻力如何用自然選擇學(xué)說內(nèi)容解釋？（3）“S”形曲線中，有一段時期近似于“J”形曲線，這一段是否等同于“J”形曲線？為什么？環(huán)境阻力。生存斗爭中被淘汰的個體數(shù)。不等同，已經(jīng)存在環(huán)境阻力。四

種群數(shù)量的波動

在自然界中，有的種群能夠在一段時間內(nèi)維持數(shù)量穩(wěn)定，如某地野牛、獅的數(shù)量。四

種群數(shù)量的波動

對于大多數(shù)生物種群來說，種群數(shù)量總是在波動中。如某地區(qū)東亞飛蝗的數(shù)量。在K值不變的情況下，種群的數(shù)量總是圍繞著K值上下波動。某地區(qū)東亞飛蝗種群數(shù)量的波動原因：

非生物因素：氣候條件、水資源等。

生物因素：天敵、食物、病原體等其他生物的影響，人類的捕殺等。四

種群數(shù)量的波動

處在波動狀態(tài)的種群在某些特定條件下可能出現(xiàn)種群爆發(fā)。如蝗災(zāi)、鼠災(zāi)、赤潮等。“先澇后旱，螞蚱成片”，“大水之后，必鬧蝗災(zāi)”鼠災(zāi)四

種群數(shù)量的波動

當(dāng)種群長久處于不利條件下，如遭遇人類亂捕濫殺和棲息地破壞,種群數(shù)量會出現(xiàn)持續(xù)性的或急劇的下降。捕鯨現(xiàn)場北極熊棲息地遭到破壞

種群的延續(xù)需要有一定的個體數(shù)量為基礎(chǔ)。當(dāng)一個種群的數(shù)量過少，種群可能會由于近親繁殖等原因而衰退、消亡。如鯨遭遇人類過度捕撈種群數(shù)量急劇下降，有的甚至瀕臨滅絕。對一個生物種群來說，環(huán)境容納量取決于環(huán)境條件。據(jù)此判斷下列表述正確的是(

)A.對甲乙兩地的蝮蛇種群來說，環(huán)境容納量是相同的B.對生活在凍原的旅鼠來說，不同年份的環(huán)境容納量是不同的C.當(dāng)種群數(shù)量接近環(huán)境容納量時，死亡率會升高，出生率不變D.對生活在同一個湖泊中的鰱魚和鯉魚來說，環(huán)境容納量是相同的B圖1為植食性昆蟲遷入該生態(tài)系統(tǒng)后的種群數(shù)量增長速率變化曲線，圖2為λ(λ是當(dāng)年種群數(shù)量與前一年種群數(shù)量的比值)隨時間的變化曲線。下列有關(guān)敘述，正確的是(

)A.圖1中t1～t2與圖2中a～b時期種群都是衰退型B.圖2中a、c時期種群的出生率與死亡率相當(dāng)C.圖1和圖2中K值出現(xiàn)的時間分別是t2和dD.圖1和圖2可分別表示種群的“S”形和“J”形增長過程B如圖表示某種群在理想環(huán)境中(圖1)和有環(huán)境阻力條件下(圖2)的數(shù)量增長曲線，下列相關(guān)敘述錯誤的是(

)A．圖1中a點和b點時的增長率相等B．圖2中d點時的增長速率最快C．防治蝗災(zāi)最好在圖2中e點對應(yīng)的時刻進行D．水葫蘆入侵云南滇池的開始階段，種群數(shù)量的增長情況可用圖1表示C探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化1.實驗原理:

在理想條件下，酵母菌種群的增長呈_____________；在各種資源有限或者存在環(huán)境阻力的情況下，

隨著時間推移，由于營養(yǎng)物質(zhì)的______、有害代謝產(chǎn)物的______、pH的______，酵母菌數(shù)量呈_________增長。“J”形曲線消耗積累改變”S“形2.材料用具:酵母菌菌種，無菌馬鈴薯培養(yǎng)液或者肉湯培養(yǎng)液，血細胞計數(shù)板，顯微鏡等血細胞計數(shù)板計數(shù)室平臺血細胞計數(shù)板：血細胞計數(shù)板：方格網(wǎng)上刻有9個大方格，其中只有中間的一個大方格為計數(shù)室，供計數(shù)用。②中方格③小方格①大方格1個計數(shù)室的面積為1mm2，1個計數(shù)室內(nèi)有400個小方格。每個小方格的面積1/400mm2。

1/400mm2：

0.10mm：計數(shù)室的深度為0.1mm血細胞計數(shù)板：25×16型16×25型16×25型計數(shù)公式：A1A2A3A4A1、A2、A3和A4分別為四個中方格中的酵母菌數(shù)。1mL樣品中酵母菌數(shù)A1+A2+A3+A4100×400÷0.1mm3×稀釋倍數(shù)=A1+A2+A3+A4100×400×104×稀釋倍數(shù)=25×16型A1A2A3A4A5計數(shù)公式：1mL樣品中酵母菌數(shù)A1、A2、A3、A4和A5分別為五個中方格中的酵母菌數(shù)。A1+A2+A3+A4+A580×400÷0.1mm3×稀釋倍數(shù)=×400×104×稀釋倍數(shù)A1+A2+A3+A4+A580=利用血細胞計數(shù)板對酵母菌進行計數(shù)：3.實驗步驟:配制酵母菌培養(yǎng)液接種酵母菌到培養(yǎng)液中如何計數(shù)？培養(yǎng)計數(shù)統(tǒng)計分析得出結(jié)論自變量：____________________因變量：____________________無關(guān)變量：____________________________培養(yǎng)時間酵母菌數(shù)量培養(yǎng)液的體積、培養(yǎng)條件等3.實驗步驟:進行逐個計數(shù)是非常困難的，可以采用抽樣檢測的方法：培養(yǎng)液3.實驗步驟:①先將蓋玻片放在血細胞計數(shù)板的計數(shù)室上。②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。③多余的培養(yǎng)液用濾紙吸去。④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。⑤計數(shù)一個中方格內(nèi)的酵母菌數(shù)量。

通過顯微鏡觀察，估算出10mL培養(yǎng)液中酵母菌的初始數(shù)量（N0），在此之后連續(xù)觀察7天，分布記錄下這7天的數(shù)值。第1天第4天第6天第7天取樣時間需一致，且應(yīng)做到隨機取樣（每天同一時間取樣，或者每隔相同一段時間取樣)。4.實驗結(jié)果及實驗結(jié)論實驗結(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）初始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平均值（106個）2.886.5618.1946.38107.3160191.2192.5實驗結(jié)果：4.實驗結(jié)果及實驗結(jié)論時間（天）01234567酵母數(shù)（106個）2.886.5618.1946.38107.3160191.2192.5040801201601234567天酵母菌數(shù)（106個）8200240實驗結(jié)論：在適宜條件下

，酵母菌種群呈“S”形增長。思考：1.從試管中吸出培養(yǎng)液進行計數(shù)之前，建議你將試管輕輕振蕩幾次。這是為什么？目的是使培養(yǎng)液中的酵母菌均勻分布，以保證估算的準確性，減少誤差。2.為什么不能先加培養(yǎng)液再蓋蓋玻片？蓋玻片可能由于已加入液滴的表面張力而不能嚴密地蓋到計數(shù)板表面，使計數(shù)室內(nèi)液體增多，導(dǎo)致結(jié)果偏高；3.為什么要待酵母菌全部沉降到計數(shù)室底部再計數(shù)？酵母菌全部沉降到計數(shù)室底部，減少實驗誤差。4.如果一個小方格內(nèi)酵母菌過多，難以數(shù)清，應(yīng)采取什么措施？思考：用無菌水稀釋至每小格細胞數(shù)目為5-10個。1mL培養(yǎng)液9mL水9mL水1mL培養(yǎng)液稀釋10倍稀釋100倍思考：5.對于壓在方格界線上的酵母菌，應(yīng)當(dāng)怎樣計數(shù)？只計數(shù)相鄰兩邊及其夾角的酵母菌數(shù)。（計上不計下，計左不計右）6.怎么分辨死細胞和活的細胞？死亡細胞多集結(jié)成團；可以借助臺盼藍染色（死亡細胞呈藍色）思考：7.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。酵母菌在不同時間內(nèi)的數(shù)量可以形成自身前后對照，不需另設(shè)對照實驗。8.需要做重復(fù)實驗嗎？需要重復(fù)實驗,以提高實驗數(shù)據(jù)的準確性；對每個樣品可計數(shù)三次，再取平均值。9.影響酵母菌種群數(shù)量增長的因素有哪些？受培養(yǎng)液的成分、空間、pH、溫度、代謝產(chǎn)物等因素的影響。10.如果7天后繼續(xù)對酵母菌進行培養(yǎng)，酵母菌的種群數(shù)量會如何變化？思考：0酵母菌種群數(shù)量時間營養(yǎng)物質(zhì)的消耗和代謝廢物的積累。將樣液稀釋100倍，采用血球計數(shù)板（規(guī)格為1mm×1mm×0.1mm）計數(shù)，觀察到的計數(shù)室細胞分布見圖，則培養(yǎng)液中酵母菌細胞的密度是___________個/mL。