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(zhǎng)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(yíng)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(jì)算出1個(gè)細(xì)菌在不同時(shí)間產(chǎn)生后代的數(shù)量，記錄在自己設(shè)計(jì)的表格中。時(shí)間（min)20406080100120140160180分裂次數(shù)123456789數(shù)量（個(gè)）248163264128256512指數(shù)形式212223242526272829第n代細(xì)茵數(shù)量的計(jì)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(gè)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(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象所作的一種簡(jiǎn)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(zhǎng)模型數(shù)學(xué)模型時(shí)間（min)20406080100120140160180分裂次數(shù)123456789數(shù)量（個(gè)）248163264128256512指數(shù)形式212223242526272829請(qǐng)以時(shí)間為橫坐標(biāo)，細(xì)菌數(shù)量為縱坐標(biāo)，請(qǐng)?jiān)谙旅孀鴺?biāo)圖中畫出細(xì)菌的數(shù)量增長(zhǎng)曲線數(shù)學(xué)模型3步驟細(xì)菌每20min分裂一次，怎樣計(jì)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(zhǎng)不會(huì)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(jì)細(xì)菌數(shù)量，對(duì)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(duì)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(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正觀察研究對(duì)象，提出問題數(shù)學(xué)模型【練習(xí)】在營(yíng)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?，F(xiàn)將該細(xì)菌種群(t個(gè)個(gè)體)接種到培養(yǎng)基上(資源、空間無限)，m小時(shí)后，理論上該種群的個(gè)體總數(shù)是A.t·2m B.t·220C.t·22m D.t·23m√自然界種群增長(zhǎng)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(gè)資料中的種群增長(zhǎng)有什么共同點(diǎn)？思考2：種群出現(xiàn)這種增長(zhǎng)的原因是什么？思考3：這種種群增長(zhǎng)的趨勢(shì)能不能一直持續(xù)下去？為什么？種群的“J”形增長(zhǎng)1種群的“J”形增長(zhǎng)(1)含義：在

條件下種群增長(zhǎng)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(duì)象：①實(shí)驗(yàn)室條件下；②當(dāng)一個(gè)種群剛遷入到一個(gè)新的適宜環(huán)境時(shí)。(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(zhǎng)，第二年的數(shù)量是第一年的

倍。理想時(shí)間種群數(shù)量食物和空間天敵和其他競(jìng)爭(zhēng)物種一定的倍數(shù)λ種群的“J”形增長(zhǎng)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(shí)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(zhǎng)

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

（λ>1，且不變）（λ>1，且不變）種群的“J”形增長(zhǎng)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(zhǎng)增長(zhǎng)相對(duì)穩(wěn)定下降下降11～12下降，51212～13增長(zhǎng)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(zhǎng)

鳳眼蓮（俗稱水葫蘆）原產(chǎn)于南美，1901年作為花卉引入中國(guó)。由于繁殖迅速，又幾乎沒有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和天敵，我國(guó)目前有184萬噸。它對(duì)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(zhǎng)實(shí)例2外來入侵物種紫莖澤蘭在中國(guó)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(guó)云南南部?，F(xiàn)在，云南80%面積的土地都有紫莖澤蘭分布，對(duì)當(dāng)?shù)厣锒鄻有栽斐闪藝?yán)重破壞。種群的“J”形增長(zhǎng)2000年之前我國(guó)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(shí)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(jì)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(jì)數(shù)每天取樣使用血球計(jì)數(shù)板統(tǒng)計(jì)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(jì)數(shù)板是一種專門用于計(jì)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(jì)數(shù)板的型號(hào)和規(guī)格表示此計(jì)數(shù)板分25個(gè)中格蓋上蓋玻片后計(jì)數(shù)室的高表示計(jì)數(shù)室面積是1mm2，分400個(gè)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(gè)平臺(tái)，中間的平臺(tái)較寬；其中間又被一短橫槽隔為兩半，形成2個(gè)同樣的計(jì)數(shù)池；計(jì)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(gè)計(jì)數(shù)池畫有長(zhǎng)、寬各3.0mm的方格，分為9個(gè)大方格；只有中間的一個(gè)大方格為計(jì)數(shù)室；這一大方格的長(zhǎng)和寬各為1mm，深度為0.1mm，則其容積為0.1mm3。3.0mm3.0mm123456789計(jì)數(shù)室培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化計(jì)數(shù)室中央大方格又用雙線分成25個(gè)中方格；位于正中及四角5個(gè)中方格是計(jì)數(shù)區(qū)域；每個(gè)中方格用單線劃分為16個(gè)小方格。即每一大方格都是由16×25=25×16=400個(gè)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(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)時(shí)，先測(cè)定每個(gè)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(gè)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(gè)中格（一個(gè)計(jì)數(shù)室共25個(gè)中格）平均有酵母菌40個(gè)，用來計(jì)數(shù)的培養(yǎng)液稀釋了100倍，請(qǐng)估算每1mL原始酵母菌培養(yǎng)液有酵母菌多少個(gè)？40×25÷0.1×1000×100=1×109（個(gè)/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(jì)數(shù)板(規(guī)格為1mm×1mm×0.1mm)每個(gè)計(jì)數(shù)室分為25個(gè)中方格，每個(gè)中方格又分為16個(gè)小方格，將樣液稀釋100倍后計(jì)數(shù)，發(fā)現(xiàn)計(jì)數(shù)室四個(gè)角及中央共5個(gè)中方格內(nèi)的酵母菌總數(shù)為20個(gè)，則培養(yǎng)液中酵母菌的密度為

個(gè)/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(duì)酵母菌培養(yǎng)：液體培養(yǎng)基，無菌條件對(duì)酵母菌計(jì)數(shù)：（1）方法：抽樣檢測(cè)（2）步驟：蓋玻片放在血細(xì)胞計(jì)數(shù)板的計(jì)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(jì)數(shù)室底部，將計(jì)數(shù)板放在載物臺(tái)的中央，計(jì)數(shù)一個(gè)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(qǐng)推導(dǎo)出將一個(gè)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(duì)照嗎？如果需要，請(qǐng)討論對(duì)照組應(yīng)怎樣設(shè)計(jì)和操作；如果不需要，請(qǐng)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(jì)？不需要對(duì)照,

在時(shí)間上形成前后自身對(duì)照。需要重復(fù)實(shí)驗(yàn)，對(duì)每個(gè)樣品可計(jì)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(gè)）2（106個(gè)）3（106個(gè)）4（106個(gè)）5（106個(gè)）6

（106個(gè)）7（106個(gè)）8（106個(gè)）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(gè)）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(shí)間的增長(zhǎng)后，數(shù)量趨于穩(wěn)定，增長(zhǎng)曲線呈“S”形。這種類型的種群增長(zhǎng)稱為“S”形增長(zhǎng)。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(gè)大草履蟲，每隔24h統(tǒng)計(jì)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(zhǎng)時(shí)間0123456數(shù)量520137319369375373時(shí)間/d種群數(shù)量/個(gè)K=375請(qǐng)繪制大草履蟲的種群增長(zhǎng)曲線大草履蟲的數(shù)量在第幾天增長(zhǎng)較快？為什么大草履蟲種群沒出現(xiàn)“J”形增長(zhǎng)？這種類型的種群增長(zhǎng)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(zhǎng)(1)含義：種群經(jīng)過一定時(shí)間的增長(zhǎng)后，數(shù)量趨于穩(wěn)定，增長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)(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(zhǎng)較緩慢；資源和空間豐富，出生率升高，種群數(shù)量增長(zhǎng)迅速；資源和空間有限，種群密度增大，種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)加劇，出生率降低，死亡率升高，種群增長(zhǎng)減緩；出生率約等于死亡率，種群增長(zhǎng)速率幾乎為0，種群數(shù)量達(dá)到K值，且維持相對(duì)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(zhǎng)請(qǐng)結(jié)合數(shù)據(jù)研究種群增長(zhǎng)率和增長(zhǎng)速率的變化規(guī)律。時(shí)間（天）12345678酵母數(shù)（106個(gè)）6.5618.1946.38107.3160191.2192.5192.6種群增長(zhǎng)率不計(jì)種群增長(zhǎng)速率不計(jì)177％155％131％49％20％0.6%11.6328.19060.9252.731.21.30種群的“S”形增長(zhǎng)請(qǐng)結(jié)合“S”形增長(zhǎng)曲線及其斜率變化，研究種群增長(zhǎng)率和增長(zhǎng)速率的變化規(guī)律。(1)種群數(shù)量＝N0，增長(zhǎng)速率為___<K/2，增長(zhǎng)速率__________＝K/2，增長(zhǎng)速率_____>K/2，增長(zhǎng)速率__________＝K，增長(zhǎng)速率為___0逐漸增大最大逐漸減小0S型曲線增長(zhǎng)速率曲線增長(zhǎng)速率時(shí)間t1t2K/2KABCDE種群的“S”形增長(zhǎng)種群的“S”形增長(zhǎng)同種生物的K值是固定不變的嗎？哪些因素會(huì)影響動(dòng)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(chǎng)所、天敵及其他生存條件均會(huì)影響動(dòng)物種群的環(huán)境容納量。請(qǐng)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(huì)在K值附近上下波動(dòng)