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

第1章

種群及其動(dòng)態(tài)第2節(jié)種群數(shù)量的變化【問題探討】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。細(xì)菌的增殖（視頻）1.細(xì)菌的生殖方式是怎樣的？二分裂2.72h后，由一個(gè)細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少？n＝60min×72h／20min＝216Nn＝1×２n

＝22163.在一個(gè)培養(yǎng)瓶中，細(xì)菌的數(shù)量會(huì)一直按照這個(gè)公式描述的趨勢(shì)增長(zhǎng)嗎？為了驗(yàn)證你的觀點(diǎn)，我們可以采用什么學(xué)科方法來研究？不會(huì),因?yàn)榕囵B(yǎng)瓶中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和空間是有限的。建立數(shù)學(xué)模型0時(shí)間/min細(xì)菌數(shù)量/個(gè)10020030040050020406080100120140160180時(shí)間(min)020406080100120140160180分裂次數(shù)0123456789數(shù)量（個(gè)）1248163264128256512Nn=N0×2n以時(shí)間為橫坐標(biāo)，細(xì)菌數(shù)量為縱坐標(biāo)，畫出細(xì)菌的數(shù)量增長(zhǎng)曲線

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2.數(shù)學(xué)模型的表現(xiàn)形式（1）數(shù)學(xué)公式（2）曲線圖3.建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的意義:描述、解釋和預(yù)測(cè)種群數(shù)量的變化。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。Nn＝N0×2n精確，但不夠直觀能直觀地反映變化趨勢(shì)，但不夠精確一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法細(xì)菌每20min分裂一次，怎樣計(jì)算繁殖n代的數(shù)量？研究實(shí)例研究方法在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=2nN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)自己年建立的模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正觀察研究對(duì)象，提出問題提出合理的假設(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4.建立數(shù)學(xué)模型一般包括以下步驟“假說演繹法”1859年，一位英國(guó)人在他澳大利亞的農(nóng)場(chǎng)中放生了24只野兔。讓他沒想到的是，一個(gè)世紀(jì)之后，這24只野兔的后代超過6億只。漫山遍野的野兔不僅與牛羊爭(zhēng)食牧草，還啃噬樹皮，造成植被破壞，導(dǎo)致水土流失。直到人們引入了黏液瘤病毒才使野兔的數(shù)量的到控制。實(shí)例1：澳大利亞野兔61901年鳳眼蓮作為花卉引入中國(guó)，30年代作為畜禽飼料引入中國(guó)內(nèi)地各省，并作為觀賞和凈化水質(zhì)的植物推廣種植，后逃逸為野生。由于繁殖迅速，又幾乎沒有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和天敵，在我國(guó)南方江河湖泊中發(fā)展迅速。實(shí)例2：鳳眼蓮20世紀(jì)30年代，人們將環(huán)頸雉引入某地一個(gè)島嶼。1937-1942年間增長(zhǎng)如圖所示。50010001500193719381939194019411942年份種群數(shù)量/只0實(shí)例3：環(huán)頸雉討論:1.這三個(gè)資料中種群增長(zhǎng)有什么共同點(diǎn)?2.種群出現(xiàn)這種增長(zhǎng)的原因是什么？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？任務(wù)：閱讀教材P8-9,結(jié)合對(duì)“問題探討”的種群數(shù)量變化的數(shù)學(xué)模型建立過程，解答下列問題：1.“J”形增長(zhǎng)的前提條件是什么？（模型假設(shè)）2.“J”形增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型（以數(shù)學(xué)公式表示）是怎樣來的？繪制坐標(biāo)圖時(shí)曲線圖起始點(diǎn)在原點(diǎn)嗎？為什么？3.公式中各種參數(shù)有什么意義？以“問題探討”的公式為例做出解釋；4.根據(jù)公式能否計(jì)算出某年的種群增長(zhǎng)率嗎？增長(zhǎng)速率呢？5.總結(jié)“J”形增長(zhǎng)的特點(diǎn)1.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）其他競(jìng)爭(zhēng)物種等。二、種群增長(zhǎng)的“J”形曲線

在理想條件下，以時(shí)間為橫坐標(biāo)，種群數(shù)量為縱坐標(biāo)，畫出的種群增長(zhǎng)曲線大致呈“J”形。某種群理想狀態(tài)每年以一定的倍數(shù)增長(zhǎng)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.建立模型：t年后種群的數(shù)量為:Nt=N0λt

一年后種群的數(shù)量為:N1=N0λ1二年后種群的數(shù)量為:N2=N1λ=N0λ2種群數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長(zhǎng)，第二年是第一年的λ倍。若起始數(shù)量為N0，則：t年后該種群的數(shù)量該種群的起始數(shù)量前一年種群數(shù)量的倍數(shù)時(shí)間N03.“J”形增長(zhǎng)的特點(diǎn)：種群數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長(zhǎng)，第二年是第一年的λ倍。種群數(shù)量變化符合數(shù)學(xué)公式Nt=N0λt

，種群增長(zhǎng)曲線一定是“J”形嗎？λ=當(dāng)年種群數(shù)量Nt前一年種群數(shù)量Nt-14.λ值的生物學(xué)意義:λ>1λ<1λ=1種群數(shù)量時(shí)間0項(xiàng)目種群數(shù)量變化年齡結(jié)構(gòu)λ>1

λ＝1

λ<1

增加增長(zhǎng)型相對(duì)穩(wěn)定穩(wěn)定型減少衰退型只有λ＞1且為定值時(shí)，種群增長(zhǎng)才為“J”形增長(zhǎng)。①a段：“λ”＞1且恒定——種群數(shù)量

；②b段：“λ”盡管下降，但仍大于1，此段種群出生率大于死亡率—種群數(shù)量

；③c段：“λ”＝1——種群數(shù)量

；④d段：“λ”＜1——種群數(shù)量

；⑤e段：盡管“λ”呈上升趨勢(shì)，但仍未達(dá)到1——種群數(shù)量

。⑥種群數(shù)量至

點(diǎn)最低呈“J”形增長(zhǎng)一直增長(zhǎng)維持相對(duì)穩(wěn)定逐年下降逐年下降A(chǔ)【現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用】（1）增長(zhǎng)率：增長(zhǎng)率＝λ-1單位時(shí)間內(nèi)凈增加的個(gè)體數(shù)占原來個(gè)體數(shù)的比率，無單位。增長(zhǎng)率=增長(zhǎng)個(gè)體數(shù)原有個(gè)體數(shù)=(λ-1)末數(shù)-初數(shù)初數(shù)=Nt-Nt-1Nt-1=5.種群增長(zhǎng)率和增長(zhǎng)速率的辨析“J”形ⅹ100%（2）增長(zhǎng)速率：

單位時(shí)間內(nèi)增加的個(gè)體數(shù)量，有單位。實(shí)質(zhì)就是“J”形曲線的斜率“J”形5.種群增長(zhǎng)率和增長(zhǎng)速率的辨析【實(shí)例】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)果如下圖所示。（1）為什么大草履蟲種群沒有出現(xiàn)“J”形增長(zhǎng)？三、種群的“S”形增長(zhǎng)時(shí)間（D）種群大小120.42137.23319.04369.05375.36375.4由于隨著大草履蟲數(shù)量的增多，對(duì)食物和空間的競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈，導(dǎo)致出生率下降，死亡率升高。（2）這種類型的種群增長(zhǎng)稱為什么？種群的“S”形增長(zhǎng)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。資源和空間有限種群密度增大時(shí)，種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)加劇出生率降低死亡率升高1.含義：2.模型假設(shè)出生率＝死亡率時(shí)，種群穩(wěn)定在一定的水平3.適用對(duì)象：一般自然種群的增長(zhǎng)4.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，又稱K值。建立模型：三、種群的“S”形增長(zhǎng)種群數(shù)量時(shí)間0K/2KBCDEA5.“S”形曲線的分析：AB段：種群基數(shù)小，需要適應(yīng)新環(huán)境，增長(zhǎng)較緩慢；BC段：資源和空間相對(duì)豐富，出生率升高，種群數(shù)量增長(zhǎng)迅速；C點(diǎn)：種群數(shù)量為K/2，出生率與死亡率差值最大，種群增長(zhǎng)速率達(dá)到最大；種群數(shù)量時(shí)間0K/2KBCDEA5.“S”形曲線的分析：CD段：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；DE段：出生率等于死亡率，種群增長(zhǎng)速率為0，種群數(shù)量達(dá)到K值，且維持相對(duì)穩(wěn)定。增長(zhǎng)速率時(shí)間t1t2（1）增長(zhǎng)速率先增大后減小，最后為0。（2）當(dāng)種群數(shù)量為k/2時(shí)，增長(zhǎng)速率達(dá)到最大。K/2K6.“S”形增長(zhǎng)的增長(zhǎng)率和增長(zhǎng)速率增長(zhǎng)速率大草履蟲的增長(zhǎng)率和增長(zhǎng)速率會(huì)如何變化？S形曲線增長(zhǎng)率曲線增長(zhǎng)率時(shí)間S形曲線增長(zhǎng)速率曲線①出生率=死亡率②種群數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定③種群增長(zhǎng)(速)率為零K值特點(diǎn)①種群再生能力最強(qiáng)②種群增長(zhǎng)速率最大K/2值特點(diǎn)K值和K/2值圖中

時(shí)間所對(duì)應(yīng)的種群數(shù)量為K值，圖中

時(shí)間所對(duì)應(yīng)的種群數(shù)量為K/2值。不同曲線模型中“K值”與“K/2值”A、B、C、DA′、C′、D′野生大熊貓種群數(shù)量為何銳減？保護(hù)大熊貓的根本措施是什么？場(chǎng)景1棲息地遭到破壞，K值降低。措施：建立自然保護(hù)區(qū)，改善環(huán)境，提高K值。降低環(huán)境容納量防治有害生物的根本措施。有何措施可控制家鼠、蟲子的數(shù)量？場(chǎng)景2滅鼠、殺蟲效果最好的時(shí)期在

。K/2以前措施：養(yǎng)殖或釋放天敵、打掃衛(wèi)生、硬化地面、將食物儲(chǔ)存在安全處。7.K值和K/2值的應(yīng)用為保護(hù)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？場(chǎng)景3a.漁業(yè)捕撈應(yīng)在

;b.捕撈后魚的種群數(shù)量維持在

。K/2以后K/2原因：K/2時(shí)種群增長(zhǎng)速率最大,這樣既有較大收獲量又可保持種群高速增長(zhǎng)7.K值和K/2值的應(yīng)用（例如：減少

，增加

）

防治，嚴(yán)防達(dá)到

，增大

，降低

。

(1)瀕危動(dòng)物和野生資源的保護(hù)

(2)漁業(yè)或林業(yè)資源開發(fā)

(3)有害生物防治建立

。增大

。開發(fā)應(yīng)在

，越接近K越好開發(fā)后種群數(shù)量維持在

。自然保護(hù)區(qū)K值K/2后K/2K/2前K/2環(huán)境阻力K值生活空間天敵

7.

K值與K/2值的應(yīng)用不等同，已經(jīng)存在環(huán)境阻力。歸納總結(jié)：“J”形增長(zhǎng)和“S”形增長(zhǎng)的比較環(huán)境阻力食物不足空間有限種內(nèi)竟?fàn)幪鞌巢妒硽夂?、傳染病?1)某種群生活在一個(gè)較理想的環(huán)境中，則此種群數(shù)量增長(zhǎng)的曲線是

。(2)如果此種群生活在一個(gè)有限制的自然環(huán)境中，種群的個(gè)體數(shù)量增長(zhǎng)的曲線可能是

?！癝”形“J”形環(huán)境阻力淘汰(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(zhēng)中被

的個(gè)體數(shù)量。(4)“S”形曲線中，有一段時(shí)期近似于“J”形曲線，這一段是否等同于“J”形曲線？為什么？1.在自然界，有的種群能夠在一段時(shí)期內(nèi)維持?jǐn)?shù)量的相對(duì)穩(wěn)定。例如，某地野牛、獅的種群數(shù)量往往比較穩(wěn)定。四、種群數(shù)量的波動(dòng)2.對(duì)于大多數(shù)生物種群來說，種群數(shù)量總是在波動(dòng)中。例如，某地區(qū)東亞飛蝗的種群數(shù)量在1913~1961年一直處于不規(guī)則的波動(dòng)狀態(tài)。某地區(qū)東亞飛蝗種群數(shù)量的波動(dòng)四、種群數(shù)量的波動(dòng)3.處于波動(dòng)狀態(tài)的種群，在某些特定的條件下可能出現(xiàn)種群爆發(fā)?；葹?zāi)、鼠災(zāi)、赤潮等，就是種群數(shù)量爆發(fā)增長(zhǎng)的結(jié)果?；葹?zāi)鼠災(zāi)赤潮四、種群數(shù)量的波動(dòng)

東亞飛蝗在我國(guó)的大爆發(fā)沒有周期性規(guī)律，干旱是大爆發(fā)的主要原因。在黃河三角洲上的濕地草地，若遇到連年干旱，土壤中的蝗卵成活率就會(huì)提高，這是造成蝗蟲大爆發(fā)的主要原因。在淮河流域，前一年大澇，第二年飛蝗大發(fā)生的概率最大。故河北蝗區(qū)常出現(xiàn)“先澇后旱，螞蚱成片”，“大水之后，必鬧蝗災(zāi)”的情況。拓展：種群數(shù)量的爆發(fā)4.當(dāng)種群長(zhǎng)久處于不利條件下，種群數(shù)量會(huì)出現(xiàn)持續(xù)性的或急劇的下降。例如，遭遇人類亂捕濫殺和棲息地破壞。四、種群數(shù)量的波動(dòng)5.種群的延續(xù)需要有一定的個(gè)體數(shù)量為基礎(chǔ)。當(dāng)一個(gè)種群的數(shù)量過少，種群可能會(huì)由于近親繁殖等原因而衰退、消亡。臥龍大熊貓自然保護(hù)區(qū)對(duì)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(jìn)行保護(hù)。四、種群數(shù)量的波動(dòng)（1）有利于野生生物資源的合理利用及保護(hù)。

研究意義（2）對(duì)有害動(dòng)物的防治。（3）有利于對(duì)瀕危動(dòng)物種群的拯救和恢復(fù)。四、種群數(shù)量的波動(dòng)探究·實(shí)踐:培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化

酵母菌是典型的真核生物，是兼性厭氧生物。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)液酵母菌出芽生殖1.實(shí)驗(yàn)材料酵母菌①酵母真菌—單細(xì)胞真核生物②兼性厭氧菌—屬于異養(yǎng)生物③進(jìn)行出芽生殖和有性生殖④有氧呼吸產(chǎn)生二氧化碳

無氧呼吸產(chǎn)生二氧化碳和酒精探究·實(shí)踐:培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化2.探究思路提出問題作出假設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，交流討論培養(yǎng)液中酵母菌種群的數(shù)量是怎樣隨時(shí)間變化的？提出問題時(shí)間呈“J”形增長(zhǎng)開始延長(zhǎng)呈“S”形增長(zhǎng)作出假設(shè)試管放在28℃的恒溫箱中培養(yǎng)7天。培養(yǎng)將酵母菌接種到試管中，混合均勻。接種連續(xù)7天取樣計(jì)數(shù)并記錄這7天的數(shù)值。計(jì)數(shù)將10ml馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液加入試管中。準(zhǔn)備①自變量：②因變量：③無關(guān)變量：時(shí)間酵母菌數(shù)量每天取樣的時(shí)間等用什么方法計(jì)數(shù)？探究·實(shí)踐:培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化探究·實(shí)踐:培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化2.探究思路（1）計(jì)數(shù)方法進(jìn)行逐個(gè)計(jì)數(shù)是非常困難的，可以采用抽樣檢測(cè)的方法：培養(yǎng)液設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)需要借用哪種計(jì)數(shù)工具？取1mL稀釋導(dǎo)流凹槽兩個(gè)計(jì)數(shù)室血細(xì)胞計(jì)數(shù)板用優(yōu)質(zhì)厚玻璃制成，由H形凹槽分為2個(gè)同樣的計(jì)數(shù)室，兩側(cè)各有一個(gè)支持柱，將特制的專用蓋玻片覆蓋其上，形成深0.1mm的計(jì)數(shù)室。(2)血細(xì)胞計(jì)數(shù)板XB.K.250.10mm1/400mm2①大方格：方格網(wǎng)上刻有9個(gè)大方格，其中只有中間的一個(gè)大方格供計(jì)數(shù)用，稱為計(jì)數(shù)室。（2）血細(xì)胞計(jì)數(shù)板1mm1mm計(jì)數(shù)室（中間大方格）的邊長(zhǎng)為1mm，蓋上蓋玻片后，深度為0.1mm，其體積為

mm3，合

mL。0.11×10-41mL=1cm31個(gè)大方格=

25（或16）個(gè)中方格=400個(gè)小方格中方格16(中格)×25(小格)型小方格25(中格)×16(小格)型中方格16(中格)×25(小格)型小方格25(中格)×16(小格)型1mL樣品中酵母菌數(shù)（種群密度）：四個(gè)頂角及中央5個(gè)中格四個(gè)頂角中格取樣方法：規(guī)格二（25×16）：＝中方格中酵母菌數(shù)量的平均值×25×104×稀釋倍數(shù)規(guī)格一（16×25）：＝中方格中酵母菌數(shù)量的平均值×16×104×稀釋倍數(shù)⑤計(jì)數(shù)一個(gè)小方格內(nèi)的酵母菌數(shù)量。①先將蓋玻片放在血細(xì)胞計(jì)數(shù)板的計(jì)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(jì)數(shù)室底部，將計(jì)數(shù)板放在載物臺(tái)的中央。（3）顯微鏡計(jì)數(shù)操作過程探究·實(shí)踐:培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化探究·實(shí)踐:培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化1.從試管中吸出培養(yǎng)液進(jìn)行計(jì)數(shù)前，建議將試管輕輕振蕩幾次，為什么？使培養(yǎng)液中的酵母菌均勻分布，以保證估算的準(zhǔn)確性，減少誤差。思考2.為什么不能先加培養(yǎng)液再蓋蓋玻片？（2）

直接滴加培養(yǎng)液時(shí)，在計(jì)數(shù)室內(nèi)會(huì)產(chǎn)生氣泡，導(dǎo)致計(jì)數(shù)室相對(duì)體積減少而造成誤差。（1）蓋玻片可能由于已加入液滴的表面張力而不能嚴(yán)密地蓋到計(jì)數(shù)板表面，使計(jì)數(shù)室內(nèi)液體增多，導(dǎo)致結(jié)果偏高。探究·實(shí)踐:培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化3.為什么要待酵母細(xì)胞全部沉到底部后再計(jì)數(shù)？如果酵母菌未能沉降到計(jì)數(shù)室底部，通過顯微鏡觀察時(shí)就可能出現(xiàn)以下現(xiàn)象：①能看清楚酵母菌但看不清方格線；

②能看清楚方格線但看不清酵母菌。思考4.如果一個(gè)小方格內(nèi)酵母菌過多，難以