生物人教版（2023）選擇性必修2 1.2種群數(shù)量的變化共46張ppt

第第頁生物人教版（2023）選擇性必修21.2種群數(shù)量的變化（共46張ppt)(共46張PPT)

第2節(jié)種群數(shù)量的變化

1.怎樣構(gòu)建種群增長的模型？

2.種群的數(shù)量是怎樣變化的？

聚焦

選擇性必修2/第1章/種群及其動態(tài)

2.72h后，由一個細菌分裂產(chǎn)生的細菌數(shù)量是多少？

2216個。

討論

1.n代細菌數(shù)量Nn的計算公式是：

Nn=2n

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。

3.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。可以用實驗計數(shù)法來驗證。

能夠、和種群數(shù)量的變化。

建立數(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，可以為數(shù)學(xué)公式、坐標圖等。

描述

解釋

預(yù)測

概念：

一、建構(gòu)種群增長模型的方法

種群增長數(shù)學(xué)模型的作用：

建立數(shù)學(xué)模型

1.建立數(shù)學(xué)模型的步驟

細菌每20min分裂一次，怎樣計算繁殖n代的數(shù)量？

研究實例

研究方法

在資源和生存空間沒有限制的條件下，細菌種群的增長不會受種群密度增加的影響

Nn=2n

N代表細菌數(shù)量，n表示第幾代

觀察、統(tǒng)計細菌數(shù)量，對自己所建立的模型進行檢驗或修正

觀察研究對象，提出問題

提出合理的假設(shè)

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，用適當?shù)男问綄κ挛锏男再|(zhì)進行表述，即建立數(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

建立數(shù)學(xué)模型

1.建立數(shù)學(xué)模型的步驟

例如：在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某1個細菌每20分鐘分裂繁殖一代。

時間/min20406080100120140160180

細菌數(shù)量/個

數(shù)學(xué)公式

2

4

8

16

32

64

128

256

512

21

22

23

24

25

26

27

28

29

以表格中得到的數(shù)據(jù)，

以時間為橫軸，

以數(shù)量為縱軸，

畫出細菌種群數(shù)量增長的曲線。

細菌種群增長曲線

0

100

200

300

400

500

600

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

細菌數(shù)量/個

時間/min

建立數(shù)學(xué)模型

2.數(shù)學(xué)模型的表達形式及優(yōu)缺點

0

100

200

300

400

500

600

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Nn＝2n

細菌數(shù)量/個

時間/min

數(shù)學(xué)公式曲線圖

優(yōu)點

缺點

精確

不夠直觀

直觀

不夠精確

自然界中有類似細菌在理想條件下種群（呈J型）增長的形式嗎？

分析自然界種群增長的實例

實例1：

澳大利亞本來并沒有兔子。1859年，24只歐洲野兔從英國被帶到了澳大利亞。這些野兔發(fā)現(xiàn)自己來到了天堂。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，兔子開始了幾乎不受任何限制的大量繁殖。不到100年，兔子的數(shù)量達到6億只以上，遍布整個大陸。后來，黏液瘤病毒控制了野兔的種群數(shù)量。

分析自然界種群增長的實例

實例2:

20世紀30年代,人們將環(huán)頸雉引入米國的一個島嶼。

分析自然界種群增長的實例

討論

1.這兩個資料中的種群增長有什么共同點？

種群呈“J”形曲線增長。

3.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。

2.出現(xiàn)這種增長的原因是什么？

原因是食物和空間條件充裕、沒有天敵、氣候適宜等。

理想條件

二、種群的“J”形增長

1．含義：

在條件下，以為橫坐標，為縱坐標，畫出的種群增長曲線大致呈“”形。

理想

時間

種群數(shù)量

J

N0表示種群的起始數(shù)量

Nt表示t年后該種群的數(shù)量

λ表示該種群數(shù)量是一年前種群數(shù)量的倍數(shù)

如果：

那么：t年后種群數(shù)量為是多少？

Nt＝

N0

λ

t

食物、空間條件充裕;

氣候適宜;

沒有敵害和其他競爭物種;

種群數(shù)量每年以一定倍數(shù)增長。

理想條件：

Nt＝

N0

λ

t

若λ>1，種群密度，為型；

若λ<1，種群密度，為型；

若λ=1，種群密度，為型。

增大

減小

不變

增長

衰退

穩(wěn)定

2．適用對象：

①實驗室條件下；

②當一個種群剛遷入到一個新的適宜環(huán)境的早期階段。

“J”形增長數(shù)學(xué)模型（公式）是怎樣的呢？

二、種群的“J”形增長

實例3：

鳳眼蓮（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。

二、種群的“J”形增長

二

種群的“J”形增長

人口在20世紀大部分時期呈現(xiàn)出“J”形增長。

中國人口數(shù)據(jù)增長曲線

世界人口數(shù)據(jù)增長曲線

如果遇到資源、空間等方面的限制，種群還會呈“J”形增長嗎？

二、種群的“J”形增長

把5個大草履蟲置于0.5mL的培養(yǎng)液中，不更換到更大容器中，不添加新的培養(yǎng)液，連續(xù)觀察、記錄，第5天后基本維持375個左右，結(jié)果如下表：

時間0123456

數(shù)量520137319369375373

時間/d

種群數(shù)量/個

373.3

369.0

20.4

319.0

137.2

375.0

高斯的實驗

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。

K=375

三、種群的“S”形增長

資源和空間有限，天敵的制約等（即存在環(huán)境阻力），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“”形。

S

一般自然種群的增長

1．含義：

2．適用對象：

三、種群的“S”形增長

三、種群的“S”形增長

3.種群“S”形增長曲線分析

A

B

C

AB段：出生率死亡率，種群數(shù)量增加。

B點：出生率與死亡率差值，種群增長速率。

BC段：出生率仍死亡率，但差值在減小，種群增長速率。

C點：出生率死亡率，種群增長速率為，種群數(shù)量達到，

趨于穩(wěn)定。

大于

最大

最大

大于

下降

等于

0

最大（K值）

三、種群的“S”形增長

3.種群“S”形增長曲線分析

②K值（是/不是）種群數(shù)量的最大值

請據(jù)圖分析：該種群的K值為。

①同一種群的K值是固定不變的嗎？

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。

K2

不是

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。

增加

減小

指在單位時間內(nèi)種群數(shù)量增加的量占初始數(shù)量的比例，是一個百分比，無單位。

種群增長率：

增長率與增長速率區(qū)分

種群增長速率：

指種群數(shù)量在單位時間內(nèi)的改變數(shù)值，有單位。（如個/年等）

例：某一種群的數(shù)量在某一單位時間t（如一年）內(nèi)，由初數(shù)量Nt-1（個）增長到末數(shù)量Nt（個），則這一單位時間內(nèi)種群的增長率和增長速率的計算分別為：

增長速率＝

末數(shù)－初數(shù)

單位時間

＝

Nt－Nt-1(個)

t(年)

×100％

增長率＝

末數(shù)－初數(shù)

＝

Nt－Nt-1

初數(shù)

Nt-1

＝出生率－死亡率

＝λ-1

三、種群的“S”形增長

4.K值的應(yīng)用

①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，由于食物的減少和活動范圍的縮小，K值就會變小。

（1）野生生物的保護

②保護大熊貓的根本措施是什么？

建立自然保護區(qū)，給大熊貓更寬廣的生活空間，改善它們的棲息環(huán)境，從而提高環(huán)境容納量。

（2）有害生物的防治

機械捕殺、藥物捕殺

施用避孕藥、施用激素

養(yǎng)殖或釋放天敵

將食物儲存在安全處

增大死亡率

降低環(huán)境

容納量

(根本措施)

降低出生率

硬化地面、搞好衛(wèi)生

三、種群的“S”形增長

4.K值的應(yīng)用

三、種群的“S”形增長

——“黃金開發(fā)點”

①對資源開發(fā)與利用的措施

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，再生能力最強，維持被開發(fā)資源的種群數(shù)量在K/2值處，可實現(xiàn)“既有較大收獲量又可保持種群高速增長”，從而不影響種群再生，符合可持續(xù)發(fā)展的原則。

漁業(yè)資源最佳捕撈時期？

1/2K時

5.K/2值的應(yīng)用

A

B

C

②對有害生物防治的措施

控制種群數(shù)量，嚴防達到K/2值處

何時防治？

達到1/2K前

A

B

C

三、種群的“S”形增長

K值與K/2值的應(yīng)用

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

三、種群的“S”形增長

種群“J”形和“S”形增長曲線之間的關(guān)系

環(huán)境阻力

1.某種群生活在一個較理想的環(huán)境中，則此種群數(shù)量增長的曲線是。

2.如果種群生活在一個有限制的環(huán)境中，增長的曲線可能是。

3.圖中兩曲線間的陰影部分代表，按自然選擇學(xué)說，就表示在生存斗爭中被的個體數(shù)量。

“S”形

“J”形

環(huán)境阻力

淘汰

比較種群增長兩種曲線的聯(lián)系與區(qū)別

J型曲線S型曲線

前提條件

增長模型

有無K值

種群增長率

種群增長速率

理想條件

存在環(huán)境阻力

無，持續(xù)保持增長

有K值

保持穩(wěn)定

先增加后下降

有最大值

逐漸下降

逐漸增加無上限

環(huán)境容納量與現(xiàn)實生活

具有開放性，可以從不同角度做出回答，要言之有據(jù)。例如，世界范圍內(nèi)存在的資源危機和能源緊缺等問題，說明地球上的人口可能已經(jīng)接近或達到環(huán)境容納量，因此應(yīng)當控制人口增長；隨著科技進步，農(nóng)作物產(chǎn)量不斷提高，人類開發(fā)、利用和保護資源的能力不斷加強，因而可以養(yǎng)活更多的人口。

討論

1.有人說目前全世界人口數(shù)量已經(jīng)達到地球的環(huán)境容納量，必須采取更加嚴格的措施控制人口出生率；有人卻認為科技進步能提高地球?qū)θ祟惖沫h(huán)境容納量，例如，育種和種植技術(shù)的進步，能提高作物產(chǎn)量，從而養(yǎng)活更多人口。對此你持什么觀點？你有哪些證據(jù)支持你的觀點？

討論

2.鼠害導(dǎo)致作物減產(chǎn)，蚊、蠅會傳播疾病。從環(huán)境容納量的角度思考，對家鼠等有害動物的控制，應(yīng)當采取什么措施？

對鼠等有害動物的控制，可以采取器械捕殺、藥物防治等措施。從環(huán)境容納量的角度思考，還可以采取措施降低有害動物種群的環(huán)境容納量，如將糧食和其他食物儲藏在安全處，斷絕或減少它們的食物來源；室內(nèi)采取硬化地面等措施，減少它們挖造巢穴的場所；養(yǎng)殖或釋放它們的天敵；搞好環(huán)境衛(wèi)生；等等

環(huán)境容納量與現(xiàn)實生活

四、種群數(shù)量的波動

在自然界，有的種群能夠在一段時期內(nèi)維持數(shù)量的相對穩(wěn)定。例如，某地野牛、獅的種群數(shù)量往往比較穩(wěn)定。

對于大多數(shù)生物種群來說，種群數(shù)量總是在波動中。例如東亞飛蝗。

某地區(qū)東亞飛蝗種群數(shù)量的波動

1.種群數(shù)量的相對穩(wěn)定

2.種群數(shù)量的波動

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。

3.種群數(shù)量的爆發(fā)

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。

四、種群數(shù)量的波動

蝗災(zāi)

鼠災(zāi)

赤潮

當種群長久處于不利條件下，如遭遇人類亂捕亂殺和棲息地破壞，種群數(shù)量會出現(xiàn)持續(xù)性的或極具的下降。

4.持續(xù)性的或極具的下降

當一個種群的數(shù)量過少時，種群可能會由于近親繁殖等原因而衰退、消亡。

對于那些已經(jīng)低于種群延續(xù)所需要的最小種群數(shù)量的物種，需要采取有效的措施進行保護。

四、種群數(shù)量的波動

捕鯨現(xiàn)場

培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化

知識背景：

酵母菌是單細胞真菌，屬于兼性厭氧菌。

酵母菌生長周期短，增殖速度快且世代間不重疊。在實驗室條件下，用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)酵母菌，可以觀察酵母菌種群數(shù)量隨時間變化的情況。

實驗原理：

1.用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)酵母菌，種群的增長受培養(yǎng)液的pH、空間、成分、溫度等因素的影響。

2.在理想的無限環(huán)境中，酵母菌種群的增長呈“J”形曲線；在有限的環(huán)境條件下，酵母菌種群的增長呈“S”形曲線，而在恒定培養(yǎng)液中當酵母菌種群數(shù)量達K值后，還會轉(zhuǎn)而下降直至全部死亡(營養(yǎng)物質(zhì)消耗、代謝產(chǎn)物積累及pH變化所致)。

3.計算酵母菌數(shù)量可用抽樣檢測的方法——顯微計數(shù)法。

實驗流程：

1.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？

培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量隨時間呈“S”形增長。

3.討論探究思路：

2.作出假設(shè)：

實驗步驟：

1.培養(yǎng)酵母菌

培養(yǎng)液配制

滅菌

接種

培養(yǎng)

無菌操作

培養(yǎng)條件

2.計數(shù)

采用抽樣檢測的方法：

可采用取部分液體，然后估算其種群密度的方法。

該部分液體種群密度

該部分液體種群數(shù)量

=

該部分液體體積

血細胞計數(shù)板

計數(shù)室

大格面積為1mm×1mm=1mm2。

每個大格有400個小格，

每個小格面積為0.0025mm2。

容積為0.00025mm3。

兩種不同計數(shù)室的取樣方法不同

1mL培養(yǎng)液中細胞個數(shù)＝中方格中酵母菌數(shù)量的平均值×25×104×稀釋倍數(shù)

1mL培養(yǎng)液中細胞個數(shù)＝中方格中酵母菌數(shù)量的平均值×16×104×稀釋倍數(shù)

規(guī)格一（25×16）

規(guī)格二（16×25）

計數(shù)過程：

①取清潔無油的血細胞計數(shù)板，在計數(shù)室上面加蓋玻片。

②搖勻菌液（使酵母菌均勻分布，以保證估算的準確性），用滴管吸取菌液在蓋玻片邊緣滴一小滴，使菌液自行滲入，多余培養(yǎng)液用濾紙吸去，計數(shù)室不得有氣泡。

③稍待片刻，待酵母菌細胞全部沉降到計數(shù)室底部，將計數(shù)板放在載物臺的上都并將計數(shù)室移至視野上都，計數(shù)一個小方格內(nèi)的酵母菌數(shù)量。

第1天

第4天

第6天

第7天

死亡

4.分析結(jié)果，得出結(jié)論：

對于壓在小方格界線上的酵母菌，應(yīng)當怎么計數(shù)？

取相鄰兩邊及其夾角

如果小方格內(nèi)酵母菌數(shù)量過多，難以數(shù)清，怎么辦？

進行稀釋

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。

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？

5.表達和交流：

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）

怎么分辨死亡細胞和有活性的細胞？

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。

不需要，本實驗在時間上已經(jīng)構(gòu)成前后對照。

需要做重復(fù)實驗嗎？

不用重復(fù)，本實驗旨在探究培養(yǎng)液中酵母菌在一定條件下的種群數(shù)量變化，而很多因素都會影響不同組酵母菌種群的測量值。

為了提高實驗數(shù)據(jù)的準確性，可以通過對同一錐形瓶中培養(yǎng)液多次取樣算平均值（分組實驗，獲得平均數(shù)值即可）。

如何確保實驗結(jié)果的準確性？

“S”型曲線有一個K值，即環(huán)境容納量。

種群數(shù)量的增長也受到許多環(huán)境因素(如溫度、培養(yǎng)液的pH、培養(yǎng)液的養(yǎng)分種類和濃度、代謝產(chǎn)物等)的影響。

種群數(shù)量的變化包括增長、波動、穩(wěn)定、下降等。

6.進一步探究：

7.注意事項

（1）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；

（2）抽取樣液之前，需要振蕩，使酵母菌均勻分布，如果未振蕩試管就吸出培養(yǎng)液，可能出現(xiàn)兩種情況:一是從試管下部吸取的培養(yǎng)液濃度偏大;二是從試管上部吸出的培養(yǎng)液濃度偏小。因為酵母菌會沉降在瓶底；

（3）若保持培養(yǎng)條件，酵母菌種群數(shù)量不會一直保持穩(wěn)定，將會下降，因為營養(yǎng)物質(zhì)減少、代謝廢物增多、空間有限、pH降低等；

（4）血細胞計數(shù)板使用完畢后，用水沖洗干凈或浸泡在酒精溶液中，切勿用硬物洗刷或抹擦，以免損壞網(wǎng)格刻度

練習(xí)與應(yīng)用

一、概念檢測

1.在自然界，種群數(shù)量的增長既是有規(guī)律的，又是復(fù)雜多樣的。判斷下列相關(guān)表述是否正確。

（1）將一種生物引入一個新環(huán)境中，在一定時期內(nèi)，這個生物種群就會出現(xiàn)“J”形增長。（）

（2）種群的“S”形增長只適用于草履蟲等單細胞生物。（