第2節(jié) 種群的數量變化(上課使用)

1、1.細菌是真核生物細菌是真核生物還是原核生物？還是原核生物？ 2細菌的繁殖的細菌的繁殖的方式是什么？方式是什么？3細菌繁殖了細菌繁殖了n n代后的數量是多少？代后的數量是多少？細菌增長的數學模型研究細菌增長的數學模型研究 原核生物原核生物 分裂生殖分裂生殖時間（時間（min）細胞數細胞數020406080100202122232425分裂分裂細菌繁殖產生的后代數量一、建構種群增長模型的方法一、建構種群增長模型的方法 在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某1個細菌每個細菌每20分鐘分裂繁殖一代。討論：分鐘分裂繁殖一代。討論：n代細菌數量的計算公式？代細菌數量的計

2、算公式？72小時后，由一個細菌分裂產生的細菌數小時后，由一個細菌分裂產生的細菌數量是多少？量是多少？在一個培養(yǎng)基中，細菌的數量會一直按照在一個培養(yǎng)基中，細菌的數量會一直按照這個公式增長嗎？如何驗證你的觀點？這個公式增長嗎？如何驗證你的觀點？解：解：n n 60min x72h60min x72h20min20min216216N Nn nn n 2 2216216 細菌數量不會永遠按這個公式增長?？梢约毦鷶盗坎粫肋h按這個公式增長?？梢杂脤嶒炗嫈捣▉眚炞C。用實驗計數法來驗證。 將數學公式（將數學公式（Nn2n）變?yōu)榍€圖）變?yōu)榍€圖時間時間分鐘分鐘20 40 60 80 100 120 140

3、 160 180細菌細菌數量數量 2 4 8 16 32 64 128 256 512用來描述一個系統(tǒng)或它的性質的數學形式：用來描述一個系統(tǒng)或它的性質的數學形式：數據分析表格式數據分析表格式(2)(2)數學方程式數學方程式(3)(3)坐標式（曲線圖、柱狀圖）坐標式（曲線圖、柱狀圖） 為了直觀、簡便地研究種群的數量變動的規(guī)律，為了直觀、簡便地研究種群的數量變動的規(guī)律，數學模型建構數學模型建構是常用的方法之一。是常用的方法之一。一、建構種群增長模型的方法一、建構種群增長模型的方法曲線圖：直觀，但不夠精確。曲線圖：直觀，但不夠精確。數學公式：精確，但不夠直觀數學公式：精確，但不夠直觀。一、建構種群增

4、長模型的方法一、建構種群增長模型的方法1 1、觀察研究對象，、觀察研究對象，提出提出問題問題細菌每細菌每2020分鐘分裂一次，分鐘分裂一次，問題：細菌數量怎樣變化的？問題：細菌數量怎樣變化的？2 2、提出提出合理的合理的假設假設在資源和空間無限多的環(huán)境中，在資源和空間無限多的環(huán)境中，細菌種群的增長不受種群密度增細菌種群的增長不受種群密度增加的影響加的影響3 3、根據實驗數據，用適、根據實驗數據，用適當的當的數學形式數學形式對事物的性對事物的性質進行質進行表達表達列出表格，根據表格畫曲線，推列出表格，根據表格畫曲線，推導公式導公式4 4、通過進一步實驗或觀、通過進一步實驗或觀察等，對模型進行察等

5、，對模型進行檢驗或檢驗或修正修正觀察、統(tǒng)計細菌的數量，對自己觀察、統(tǒng)計細菌的數量，對自己所建立的模型進行檢驗或修正所建立的模型進行檢驗或修正建立數學模型一般包括以下步驟：建立數學模型一般包括以下步驟：思考思考1：澳大利亞野兔能指數增長澳大利亞野兔能指數增長的特殊原因是什么呢？的特殊原因是什么呢？沒有天敵。沒有天敵。充足的食物。充足的食物。廣闊的生活空間廣闊的生活空間實例實例1：澳大利亞本來并沒有兔子。澳大利亞本來并沒有兔子。 1859年，年，24只歐只歐洲野兔從英國被帶到了澳大利亞。這些野兔發(fā)現自己來到洲野兔從英國被帶到了澳大利亞。這些野兔發(fā)現自己來到了天堂。因為這里有茂盛的牧草，卻沒有鷹等天

6、敵。這里了天堂。因為這里有茂盛的牧草，卻沒有鷹等天敵。這里的土壤疏松，打洞做窩非常方便。于是，兔子開始了幾乎的土壤疏松，打洞做窩非常方便。于是，兔子開始了幾乎不受任何限制的大量繁殖。不到不受任何限制的大量繁殖。不到100年，兔子的數量達到年，兔子的數量達到6 億只以上，遍布整個大陸。億只以上，遍布整個大陸。二、種群增長的二、種群增長的“J”J”型曲線型曲線條件：條件： 理想狀態(tài)理想狀態(tài)食物充足，空間充裕，環(huán)境食物充足，空間充裕，環(huán)境適宜，沒有天敵適宜，沒有天敵等。等。 J J型曲線的三種情況：型曲線的三種情況：實驗室條件下；剛遷入一個新的適宜環(huán)境；實驗室條件下；剛遷入一個新的適宜環(huán)境；小結小結

7、: :不能，不能，原因：食物有限空間有限原因：食物有限空間有限種內種內斗爭斗爭種間競爭天敵捕食種間競爭天敵捕食思考：思考：自然界中，種群的自然界中，種群的J J型能持續(xù)增長么？型能持續(xù)增長么？種群密度越大種群密度越大環(huán)境阻力環(huán)境阻力越大越大存在存在環(huán)境阻力環(huán)境阻力自然條件（現實狀態(tài)）自然條件（現實狀態(tài)）食物等資源食物等資源和空間總是有限的，種內斗爭不斷加劇，天和空間總是有限的，種內斗爭不斷加劇，天敵數量不斷增加，導致該種群的出生率降低，敵數量不斷增加，導致該種群的出生率降低，死亡率增高死亡率增高 當出生率與出生率相等時，種群的增長當出生率與出生率相等時，種群的增長就會停止，有時會穩(wěn)定在一定的水

8、平就會停止，有時會穩(wěn)定在一定的水平實驗：實驗：高斯把高斯把5 5個大草履蟲置于個大草履蟲置于0.5mL0.5mL的培養(yǎng)液中，每隔的培養(yǎng)液中，每隔2424小時統(tǒng)計一次數據，經過反復實驗，結果如下：小時統(tǒng)計一次數據，經過反復實驗，結果如下：三、種群增長的三、種群增長的“S”S”型曲線型曲線1.1.概念：在資源和空間有限時，概念：在資源和空間有限時，種群經過一定時間的種群經過一定時間的增長后，數量趨于穩(wěn)定的增長曲線稱為增長后，數量趨于穩(wěn)定的增長曲線稱為“S”“S”型曲線。型曲線。K KN N0 0資源越來越少，資源越來越少，種內斗爭不種內斗爭不斷加劇，捕食者數量不斷增加，斷加劇，捕食者數量不斷增加，

9、導致該種群的出生率降低，死亡導致該種群的出生率降低，死亡率增高。率增高。當出生率當出生率= =死亡率時，死亡率時，3 3、K K值：值：注：同一種群的注：同一種群的K K值不是固定不變的，會受到環(huán)境的影響。值不是固定不變的，會受到環(huán)境的影響。 小結：小結：自然資源有限、空間有限、受其他生物自然資源有限、空間有限、受其他生物制約等有限條件下。制約等有限條件下。條件：條件：增長特點：增長特點： t t0 0 t t1 1 t t2 2 時間時間 0 K/2 K 0 K/2 K 數量數量增增長長速速率率增長速率先增加，后減少。增長速率先增加，后減少。種群數量種群數量= K/2= K/2值時，增長速率

10、最大；值時，增長速率最大；種群數量種群數量=K=K值時，增長率為零。值時，增長率為零。思考討論思考討論家鼠繁殖力極強，善于打洞，偷吃糧家鼠繁殖力極強，善于打洞，偷吃糧食，傳播疾病危害極大，應該采取哪些措食，傳播疾病危害極大，應該采取哪些措施控制家鼠數量？施控制家鼠數量？有害生物的控制有害生物的控制老鼠老鼠機械捕殺機械捕殺施用激素施用激素藥物捕殺藥物捕殺施用避孕藥施用避孕藥養(yǎng)殖或釋放養(yǎng)殖或釋放天敵天敵將食物儲存將食物儲存在安全處在安全處降低降低繁殖率繁殖率減少減少數量數量增大環(huán)境阻力增大環(huán)境阻力降低環(huán)境容納量降低環(huán)境容納量打掃衛(wèi)生打掃衛(wèi)生硬化地面硬化地面1.1.減少數量：減少數量：機械捕殺、藥物

11、捕殺機械捕殺、藥物捕殺哪種措施較能從實質上解決問題哪種措施較能從實質上解決問題? ?2.2.增大環(huán)境阻力降低環(huán)境容納量：增大環(huán)境阻力降低環(huán)境容納量： 養(yǎng)殖或釋放天敵、打掃衛(wèi)生、養(yǎng)殖或釋放天敵、打掃衛(wèi)生、 硬化地面、將食物儲存在安全處硬化地面、將食物儲存在安全處3.3.降低繁殖率：降低繁殖率：性激素干擾等性激素干擾等影響種群數量變化的因素影響種群數量變化的因素直接因素：直接因素：出生率和死亡率、遷入率和遷出率出生率和死亡率、遷入率和遷出率間接因素：間接因素：食物、氣候、傳染病、天敵食物、氣候、傳染病、天敵重要因素：重要因素：人類的活動人類的活動四、種群數量的波動和下降四、種群數量的波動和下降東亞

12、飛蝗種群數量的波動東亞飛蝗種群數量的波動大多數種群的數量總是在波動之中的，在不利條件之下，大多數種群的數量總是在波動之中的，在不利條件之下，還會急劇下降，甚至滅亡。還會急劇下降，甚至滅亡。在現實的生態(tài)系統(tǒng)中，種群數量除增長在現實的生態(tài)系統(tǒng)中，種群數量除增長外，還有沒有其他變化？外，還有沒有其他變化？四、四、種群數量的波動和下降種群數量的波動和下降種群數量的變化種群數量的變化增長、波動、穩(wěn)定、下降等增長、波動、穩(wěn)定、下降等（1 1）有利于野生生物資源的合理利用及保護。）有利于野生生物資源的合理利用及保護。 （2 2）為人工養(yǎng)殖及種植業(yè)中合理控制種群數）為人工養(yǎng)殖及種植業(yè)中合理控制種群數量、適時捕

13、撈、采伐等提供理論指導。量、適時捕撈、采伐等提供理論指導。 （3 3）通過研究種群數量變動規(guī)律，為害蟲的預）通過研究種群數量變動規(guī)律，為害蟲的預測及防治提供科學依據。測及防治提供科學依據。（4 4）有利于對瀕危動物種群的拯救和恢復。）有利于對瀕危動物種群的拯救和恢復。在開發(fā)野生動植物資源時，將野生動植物的種在開發(fā)野生動植物資源時，將野生動植物的種群數量控制在什么條件下，人類獲取的資源量最大，群數量控制在什么條件下，人類獲取的資源量最大，又不影響資源的再生？又不影響資源的再生？即即1/2K1/2K時，時，此時種群的增長速度最快，可提供的資源數量也最多，此時種群的增長速度最快，可提供的資源數量也最

14、多，而又不影響資源的再生。而又不影響資源的再生。B B1.1.在下列圖中，表示種群在無環(huán)境阻力的狀況下在下列圖中，表示種群在無環(huán)境阻力的狀況下增長的是（增長的是（ ）2 2、在一個相對封閉的小型牧場內，遷入一小群、在一個相對封閉的小型牧場內，遷入一小群綿羊，綿羊，8 8年后發(fā)展到年后發(fā)展到500500只左右，這個羊群數量會只左右，這個羊群數量會 A A、維持在一個水平上、維持在一個水平上 B B、不斷下降、不斷下降C C、緩慢上升、緩慢上升 D D、迅速上升、迅速上升A A 3 3、（多選）下列因素能引起種群密度增大有、（多選）下列因素能引起種群密度增大有 。 A A、種群中幼年個體增多、種群

15、中幼年個體增多 B B、種群性別比例改變、種群性別比例改變C C、環(huán)境中溫度條件適宜、環(huán)境中溫度條件適宜 D D、種群中幼年個體減少、種群中幼年個體減少E E、環(huán)境中天敵增多、環(huán)境中天敵增多 F F、寄生生物減少、寄生生物減少F F4.4.如圖表示接種到一定容積培養(yǎng)液中的酵母菌生如圖表示接種到一定容積培養(yǎng)液中的酵母菌生長曲線圖，曲線中哪段表示由于有限空間資源的長曲線圖，曲線中哪段表示由于有限空間資源的限制使種內競爭增強（限制使種內競爭增強（ ） A ACDCD段（增長速度慢）段（增長速度慢） B BDEDE段（速度加快）段（速度加快）C CEFEF段（變化速率加快）段（變化速率加快） D DF

16、GFG段（速度變慢）段（速度變慢）D D5、“食人魚食人魚”是一種肉食魚，一旦進入自然是一種肉食魚，一旦進入自然生態(tài)水域，就會造成嚴重的生態(tài)災難。假如生態(tài)水域，就會造成嚴重的生態(tài)災難。假如該物種進入湖泊生態(tài)系統(tǒng)，以下哪種曲線能該物種進入湖泊生態(tài)系統(tǒng)，以下哪種曲線能準確表達其種群數量變化的特點：準確表達其種群數量變化的特點： B C D B C D A6.6.如圖是某種群在不同生態(tài)系統(tǒng)中的增長曲線模式圖，請如圖是某種群在不同生態(tài)系統(tǒng)中的增長曲線模式圖，請據圖回答下列問題：據圖回答下列問題：(1)(1)如果種群生活在一個理想的環(huán)境中，種群數量是按如果種群生活在一個理想的環(huán)境中，種群數量是按_曲線增

17、長的，但實際上，在自然環(huán)境中曲線增長的，但實際上，在自然環(huán)境中_和和_都是有限的，使種群數量增長受到影響，結果按都是有限的，使種群數量增長受到影響，結果按_曲線增長。曲線增長。a a食物食物空間空間b b（2 2）此外，直接影響種群興衰的兩對變量是該種群的）此外，直接影響種群興衰的兩對變量是該種群的_和和_、_和和_。年齡組成是通。年齡組成是通過影響過影響_ _而間接對種群動態(tài)變化起作用的。而間接對種群動態(tài)變化起作用的。（3 3）下列對陰影部分的解釋正確的是（）下列對陰影部分的解釋正確的是（ ）表示環(huán)境中影響種群增長的阻力表示環(huán)境中影響種群增長的阻力表示環(huán)境中允許種群增長的最大值表示環(huán)境中允許

18、種群增長的最大值表示種群內遷出的個體數表示種群內遷出的個體數表示通過生存斗爭被淘汰的個體數表示通過生存斗爭被淘汰的個體數A.A. B. B. C. C. D. D.出生率出生率死亡率死亡率遷入率遷入率遷出率遷出率出生率和死亡率出生率和死亡率C C實驗：探究培養(yǎng)液中酵母菌數量的變化實驗：探究培養(yǎng)液中酵母菌數量的變化一一. .實驗原理實驗原理(1)(1)酵母菌屬異養(yǎng)兼性厭氧型單細胞真菌，但其出芽生殖酵母菌屬異養(yǎng)兼性厭氧型單細胞真菌，但其出芽生殖主要在有氧條件下進行的，呼吸產物為主要在有氧條件下進行的，呼吸產物為COCO2 2和和H H2 2O O，無氧，無氧時產生時產生COCO2 2和酒精。和酒精

19、。（2 2）用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)酵母菌）用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)酵母菌, ,種群的增長受培養(yǎng)液的成種群的增長受培養(yǎng)液的成分分, ,空間空間, ,溫度溫度,PH,PH等等 因素的影響因素的影響. .（3 3）在理想的條件下）在理想的條件下, ,酵母菌種群的增長呈酵母菌種群的增長呈“J”J”型曲線；型曲線；在各種資源有限或者存在環(huán)境阻力的情況下，酵母菌種在各種資源有限或者存在環(huán)境阻力的情況下，酵母菌種群增長呈群增長呈“S”S”型曲線。型曲線。二二. .提出問題提出問題培養(yǎng)液中酵母菌的數量是怎樣隨時間變化的培養(yǎng)液中酵母菌的數量是怎樣隨時間變化的? ?酵母菌出芽生殖酵母菌出芽生殖酵母菌的新陳代謝類型酵母菌的新陳代

20、謝類型: :異養(yǎng)兼性厭氧型異養(yǎng)兼性厭氧型C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量能量酶酶無氧呼吸無氧呼吸C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量能量酶酶有氧呼吸有氧呼吸四實驗步驟：四實驗步驟：將將10ml10ml馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液加入試管中，馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液加入試管中，塞上棉塞。高壓蒸汽滅菌后，冷卻至室溫塞上棉塞。高壓蒸汽滅菌后，冷卻至室溫. . 將酵母菌接種到各支試管中，搖勻后用血球將酵母菌接種到各支試管中，搖勻后用血球計數板計數起始酵母菌的個數，做好記錄計數板計數起始酵母菌的個數，做好記錄 。 培養(yǎng)：將試管放在培養(yǎng)：將試管放在2828的恒溫箱中培養(yǎng)的

21、恒溫箱中培養(yǎng)7 7天天 計數計數：每天每天同一時間同一時間取樣計數酵母菌的數量，取樣計數酵母菌的數量，連續(xù)觀察連續(xù)觀察7 7天并記錄這天并記錄這7 7天的數值。天的數值。三三. .作出假設作出假設在環(huán)境資源有限的條件下在環(huán)境資源有限的條件下, ,酵母菌的數量變化隨時間呈酵母菌的數量變化隨時間呈“S”S”型增長曲線型增長曲線v血球計數板是一種專門用于計算較大單細胞微血球計數板是一種專門用于計算較大單細胞微生物的一種儀器。生物的一種儀器。v計數時，常采用計數時，常采用樣方法樣方法。抽樣檢驗法：抽樣檢驗法：將蓋玻片放在計數室上，用吸管吸將蓋玻片放在計數室上，用吸管吸取培養(yǎng)液，滴于蓋玻片邊緣，讓培養(yǎng)液

22、自行滲入取培養(yǎng)液，滴于蓋玻片邊緣，讓培養(yǎng)液自行滲入到計計數室內，到計計數室內， 待酵母菌細胞全部沉降到計數待酵母菌細胞全部沉降到計數室底部，將計數板放在在載物臺中央，計數一個室底部，將計數板放在在載物臺中央，計數一個小方格內酵母菌數量，再以此為依據估計培養(yǎng)液小方格內酵母菌數量，再以此為依據估計培養(yǎng)液中酵母菌總數。中酵母菌總數。蓋玻片下培養(yǎng)液的厚度蓋玻片下培養(yǎng)液的厚度0.1mm0.1mm，可以計算出整個計數室的體積，從而換算可以計算出整個計數室的體積，從而換算10ml10ml培培養(yǎng)液中酵母菌的總數。養(yǎng)液中酵母菌的總數。 對于壓在小方格界線上的酵母菌應取對于壓在小方格界線上的酵母菌應取相鄰兩相鄰兩

23、邊及頂角邊及頂角計數。計數。 試管試管編號編號培養(yǎng)液培養(yǎng)液/mL/mL無菌水無菌水/mL/mL酵母菌母酵母菌母液液/mL/mL溫度溫度（）A A10100.10.12828B B10100.10.15 5C C10100.10.12828 某生物興趣小組開展探究實驗，課題是某生物興趣小組開展探究實驗，課題是“培培養(yǎng)液中酵母菌種群數量與時間的變化關系養(yǎng)液中酵母菌種群數量與時間的變化關系”。實驗材料、用具：菌種和無菌培養(yǎng)液、試管、實驗材料、用具：菌種和無菌培養(yǎng)液、試管、血細胞計數板血細胞計數板(2 mm(2 mm2 mm2 mm方格方格) )、滴管、顯微、滴管、顯微鏡等。鏡等。酵母菌的顯微計數方法

24、：酵母菌的顯微計數方法：血細胞計數板：是帶有微小方格刻度的玻璃血細胞計數板：是帶有微小方格刻度的玻璃片，用于在顯微鏡下對微生物的計數。片，用于在顯微鏡下對微生物的計數。將含有酵母菌的培養(yǎng)液滴在計數板上，計數將含有酵母菌的培養(yǎng)液滴在計數板上，計數一個小方格內的酵母菌數量，再以此為根據，一個小方格內的酵母菌數量，再以此為根據，估算試管中的酵母菌總數。連續(xù)觀察估算試管中的酵母菌總數。連續(xù)觀察7 7天，并記天，并記錄每天的數值。錄每天的數值。鞏固練習鞏固練習根據以上敘述回答下列問題：根據以上敘述回答下列問題：(1)(1)根據所學知識，該課題的實驗假設是：開始一段時根據所學知識，該課題的實驗假設是：開始

25、一段時間酵母菌呈間酵母菌呈“J”J”形增長，隨著時間的推移，環(huán)境中形增長，隨著時間的推移，環(huán)境中_變得有限，酵母菌數量呈變得有限，酵母菌數量呈“S”S”形增長。形增長。(2)(2)本實驗沒有另設對照實驗，原因是本實驗沒有另設對照實驗，原因是_。該實驗是否需要重復實驗？該實驗是否需要重復實驗？_，試解釋原因：，試解釋原因：_ _。答案：答案：(1)(1)資源和空間資源和空間(2)(2)該實驗在時間上形成前后對照該實驗在時間上形成前后對照 需要需要 為了提高實驗數據的準確性。為了提高實驗數據的準確性。(3)(3)在吸取培養(yǎng)液計數前，要輕輕倒轉數次試管，原因在吸取培養(yǎng)液計數前，要輕輕倒轉數次試管，原因是是_。如果一個小方格內酵母菌過多，難。如果一個小方格內酵母菌過多，難以數清，應當采取的措施是以數清，應當采取的措施是_。(4)(4)在該實驗的基礎上，根據你對影響酵母菌種群增長在該實驗的基礎上，根據你對影響酵母菌種群增長因素的推測，進一步確定一個探究實驗的課題。因素的推測，進一步確定一個探究實驗的課題。_。答案：答案： (3) (3)使酵母菌分布均勻使酵母菌分布均勻 增加稀釋倍數增加稀釋倍數(4)(4