探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化

1、浙大附中高二备课组黄路明浙大附中高二备课组黄路明一、教材分析：一、教材分析： “探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化” ” 是是必修三必修三第四章第二节第四章第二节中的一个探究课题。中的一个探究课题。课程标准课程标准关于本节的具体关于本节的具体内容标准为内容标准为“尝试建立数学模型解释种群的数量变动尝试建立数学模型解释种群的数量变动”，并，并提出了相应的活动建议即本探究活动。该条内容标准有两层提出了相应的活动建议即本探究活动。该条内容标准有两层涵义：其一涵义：其一、“尝试建立数学模型尝试建立数学模型”属模仿性技能目标，旨属模仿性技能目标，旨在通过原形示范（细

2、菌的数量增长）和具体指导，学生能完在通过原形示范（细菌的数量增长）和具体指导，学生能完成建立数学模型成建立数学模型；其二；其二、“解释种群的数量变动解释种群的数量变动”属理解水属理解水平的知识目标，旨在把握数学模型（抽象）与种群的数量变平的知识目标，旨在把握数学模型（抽象）与种群的数量变动（具体）之间的内在逻辑联系。动（具体）之间的内在逻辑联系。 在这个探究活动中用到了在这个探究活动中用到了4 4个科学方法个科学方法：（：（1 1）数学模型）数学模型法；（法；（2 2）抽样检测法；（）抽样检测法；（3 3）显微观察法；（）显微观察法；（4 4）微生物培养）微生物培养法。法。所以是一项有着多方面

3、意义和价值的探究活动。此外，所以是一项有着多方面意义和价值的探究活动。此外，学生通过亲自研究一个真实的种群，可加深对种群数量变化学生通过亲自研究一个真实的种群，可加深对种群数量变化知识的理解，并且培养收集、整理、分析数据的能力。知识的理解，并且培养收集、整理、分析数据的能力。二、学情分析：二、学情分析： 高二学生具备一定的数学基础，对数学模型的概高二学生具备一定的数学基础，对数学模型的概念并不陌生，在生物学的其他内容中学生已能运用数念并不陌生，在生物学的其他内容中学生已能运用数学方法解决生物学中的问题，例如：学方法解决生物学中的问题，例如：温度、温度、PHPH对酶活对酶活性影响的曲线；细胞分裂

4、的文字、图像、曲线的相互性影响的曲线；细胞分裂的文字、图像、曲线的相互转换；对遗传规律的认识转换；对遗传规律的认识等。教学中可充分利用学生等。教学中可充分利用学生的的前概念前概念，在学生已有知识的基础上，建构新的知识，在学生已有知识的基础上，建构新的知识，揭示生物种群数量变化规律的数学模型揭示生物种群数量变化规律的数学模型。 高二学生已具备一定的观察、分析问题的能力及高二学生已具备一定的观察、分析问题的能力及科学探究能力，喜欢动手实验，渴望在探究过程中获科学探究能力，喜欢动手实验，渴望在探究过程中获得成功，但得成功，但分析实验数据的能力分析实验数据的能力及及解读图表的能力解读图表的能力还还需提

5、高，教学中应注重这方面的学习和培养。需提高，教学中应注重这方面的学习和培养。三、三、“人教版人教版”与与“浙科版浙科版”活动比较：活动比较： 1 1、教材编排顺序的差异、教材编排顺序的差异 2 2、实验目标的异同、实验目标的异同 3 3、酵母菌计数方法的异同、酵母菌计数方法的异同 建议：两种版本教材内容的相互借鉴有助于我们更好地建议：两种版本教材内容的相互借鉴有助于我们更好地开展此项探究活动。开展此项探究活动。 人教：一是构建种群增长模型的方法；二是种群数量的变化情况，人教：一是构建种群增长模型的方法；二是种群数量的变化情况，包括包括“J”J”和和“S”S”型曲线、种群数量的波动和下降；三是探

6、究实验。型曲线、种群数量的波动和下降；三是探究实验。 浙科版：把探究实验放在最前面。浙科版：把探究实验放在最前面。 人教：连续人教：连续7 7天实验，只用血球计数板计数天实验，只用血球计数板计数 浙科版：实验持续两周，比浊计法每天进行，第浙科版：实验持续两周，比浊计法每天进行，第0 0、第、第1 1、第、第4 4、第、第7 7天天用血球计数板计数用血球计数板计数 对血球计数板的计数方法介绍各有特点。对血球计数板的计数方法介绍各有特点。 人教版实验目标：人教版实验目标：（1 1）熟悉探究实验的一般方法、步骤，培养分析、设计、）熟悉探究实验的一般方法、步骤，培养分析、设计、实施和完善实验方案的能力

7、。实施和完善实验方案的能力。（2 2）探究培养液中酵母菌种群数量的变化，建构种群增长）探究培养液中酵母菌种群数量的变化，建构种群增长的数学模型。的数学模型。（3 3）正确使用显微镜、血球计数板等实验器材。）正确使用显微镜、血球计数板等实验器材。分析：分析： 实验的实验的因变量因变量为为酵母菌的种群数量（密度），酵母菌的种群数量（密度），实验实验自变量可以是外自变量可以是外界的环境因素界的环境因素，如温度、，如温度、PHPH值、溶氧量等，值、溶氧量等，也可以是酵母菌自身内在因也可以是酵母菌自身内在因素素，如菌种的差异、接种时间、接种量的多少等。从另一角度看，实验，如菌种的差异、接种时间、接种量的

8、多少等。从另一角度看，实验过程中过程中“时间时间”是一个隐藏的变量是一个隐藏的变量，但不管哪种因素对酵母菌种群数量，但不管哪种因素对酵母菌种群数量的影响，都是通过不同时间种群数量的变化体现出来的。所以除建构种的影响，都是通过不同时间种群数量的变化体现出来的。所以除建构种群增长的数学模型这一个目标外，（群增长的数学模型这一个目标外，（1 1）培养设计实验的能力是人教版）培养设计实验的能力是人教版在此探究活动中的另一个侧重面。在此探究活动中的另一个侧重面。浙科版实验目标：浙科版实验目标：（1 1）探究酵母菌种群数量随时间发生的变化，从而了解在）探究酵母菌种群数量随时间发生的变化，从而了解在封闭环境

9、中酵母菌种群数量的动态变化规律。封闭环境中酵母菌种群数量的动态变化规律。（2 2）学习用血细胞计数板进行酵母菌细胞计数的操作方法，）学习用血细胞计数板进行酵母菌细胞计数的操作方法，学习比浊计（或比色计）的使用方法，找出酵母菌细胞数学习比浊计（或比色计）的使用方法，找出酵母菌细胞数量变化与其浑浊度之间的关系。量变化与其浑浊度之间的关系。（3 3）初步尝试依据测量数据建立数学模型。）初步尝试依据测量数据建立数学模型。分析：分析： 浙科版此活动安排在本节开始进行，其主要目的就是建立封闭环境浙科版此活动安排在本节开始进行，其主要目的就是建立封闭环境中酵母菌种群数量的动态变化规律数学模型。所以实验是在一

10、定的环境中酵母菌种群数量的动态变化规律数学模型。所以实验是在一定的环境条件下进行的，自变量就是条件下进行的，自变量就是时间时间；因变量；因变量酵母菌的种群数量（密度。酵母菌的种群数量（密度。至于至于对酵母菌种群数量可能产生影响的因素的探究，属于本实验的课外对酵母菌种群数量可能产生影响的因素的探究，属于本实验的课外延伸，延伸，属于拓展内容。浙科版的特色在于属于拓展内容。浙科版的特色在于找出酵母菌细胞数量变化与其找出酵母菌细胞数量变化与其浑浊度之间的关系浑浊度之间的关系。四、重、难点的突破四、重、难点的突破1 1、为什么选用酵、为什么选用酵母菌作为实验材料母菌作为实验材料来研究种群数量变来研究种群

11、数量变化？化？2 2、是否明确表格设、是否明确表格设计的要素？计的要素？3 3、为什么用两个、为什么用两个样品？多个行吗？样品？多个行吗？4 4、B B试管的作用？试管的作用？5 5、这次计数的目的？是表格中的第几天？、这次计数的目的？是表格中的第几天？6 6、什么是血球计数板？如何使用血球计数板？、什么是血球计数板？如何使用血球计数板？ 血球计数板是一种专门用于计算较大单血球计数板是一种专门用于计算较大单细胞微生物的一种仪器。细胞微生物的一种仪器。 计数时，常采用计数时，常采用抽样检测抽样检测。 计数器计数器大方格大方格规格：规格：2mm2mm0.1mm 或或1mm1mm0.1mm 浙科版默

12、认第一种浙科版默认第一种2516型的计型的计数板数板深度深度大方格大方格规格规格1mm1mm0.1mm400小格小格2525161625251616型的计数板型的计数板关于血球计数板的计数方法：关于血球计数板的计数方法： 先将盖玻片放在计数室上，用吸先将盖玻片放在计数室上，用吸管吸取培养液，管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入培养液自行渗入。多余培养液用滤纸。多余培养液用滤纸吸去。稍待片刻，吸去。稍待片刻，待细菌细胞全部沉待细菌细胞全部沉降降到计数室底部，将计数板放在载物到计数室底部，将计数板放在载物台的中央，计数一个小方格内的酵母台的中央，计数一个小方格内的酵母菌

13、数量，再以此为根据，估算试管中菌数量，再以此为根据，估算试管中的酵母菌总数。的酵母菌总数。每个小方格内含有细每个小方格内含有细胞数不宜超过胞数不宜超过1010个个。（人教版）。（人教版） 7 7、如果一个小方格内酵母菌过多难以数清怎么办？、如果一个小方格内酵母菌过多难以数清怎么办？8 8、如何稀释？、如何稀释？0.1ml0.1ml培养液培养液+0.9ml+0.9ml清水，稀释了几倍？如清水，稀释了几倍？如果想稀释果想稀释2020倍，如何操作？稀释后试管中的酵母菌数如何倍，如何操作？稀释后试管中的酵母菌数如何估算？估算？这是什么规格的计数室内？这是什么规格的计数室内？看到以下状态该如何处理？看到

14、以下状态该如何处理？关于关于2mm2mm2mm2mm0.1mm0.1mm， 25251616型计数板的酵母菌型计数板的酵母菌数量计算方法数量计算方法 中央大方格以双线等分成中央大方格以双线等分成2525个个中方格，每个中方格又分成中方格，每个中方格又分成1616个小个小方格，供细胞计数用（见图）。一方格，供细胞计数用（见图）。一般计数四个角和中央的五个中方格般计数四个角和中央的五个中方格（8080个小方格个小方格）的细胞数。计数重）的细胞数。计数重复复3 3次，取其平均值。计数完毕后，次，取其平均值。计数完毕后，依下列公式计算：依下列公式计算：2516型的计数板型的计数板酵母细胞个数酵母细胞个

15、数mLmL8080个小方格细胞总数个小方格细胞总数/ 80 / 80 40040025002500稀释倍数稀释倍数 其实计数室还有另一种规格：其实计数室还有另一种规格：16162525型，即大方格内型，即大方格内分为分为1616中格，每一中格又分为中格，每一中格又分为2525小格；但是不管计数室是小格；但是不管计数室是哪一种构造，它们都有一个共同的特点，即每一大方格都哪一种构造，它们都有一个共同的特点，即每一大方格都是由是由161625=2525=2516=40016=400个小方格组成。个小方格组成。16162525型计数板的酵母菌量计算问题：型计数板的酵母菌量计算问题： 抽样时一般取四角：

16、抽样时一般取四角：1 1、4 4、1313、1616四个中方格（四个中方格（100100个个小方格）计数。将每一中格放大，可见小方格）计数。将每一中格放大，可见2525个小格。计数重个小格。计数重复复3 3次，取其平均值。计数完毕后，依下列公式计算：次，取其平均值。计数完毕后，依下列公式计算：酵母细胞个数酵母细胞个数mLmL=100=100个小方格细胞总数个小方格细胞总数/ 100 / 100 40040025002500稀释倍数稀释倍数前一句话的方格应该指的是小方格，而后一句话中的前一句话的方格应该指的是小方格，而后一句话中的方格则指大方格，两者之间存在方格则指大方格，两者之间存在40040

17、0倍的关系。这是倍的关系。这是教材叙述上的一个漏洞。教材叙述上的一个漏洞。9 9、什么目的？、什么目的？1010、属于表中第几天的操作？、属于表中第几天的操作？1111、为什么整个、为什么整个实验中只选择实验中只选择4 4天（每隔两天）天（每隔两天）用血球计数板计用血球计数板计数？数？活菌数活菌数1212、在一张新的坐标纸上画直角坐标，以培养天数为横坐、在一张新的坐标纸上画直角坐标，以培养天数为横坐标，以酵母菌数的对数为纵坐标，依据实验所得数据，画标，以酵母菌数的对数为纵坐标，依据实验所得数据，画出曲线图，你搜集的实验数据与实验前你的预测结果是否出曲线图，你搜集的实验数据与实验前你的预测结果是

18、否一致？如何解释画出的曲线？一致？如何解释画出的曲线？五、探究活动的延伸五、探究活动的延伸1313、影响酵母种群增长的因素可能是什么？、影响酵母种群增长的因素可能是什么？1414、你如何设计实验来验证你的猜想？、你如何设计实验来验证你的猜想？ 可以是外界的环境因素，如温度、PH值、溶氧量等，也可以是酵母菌自身内在因素，如菌种的差异、接种时间、接种量的多少等。比如：设计实验比如：设计实验A A组为实验组，装培养液组为实验组，装培养液10 mL10 mL，酵母菌母液，酵母菌母液0.1mL,0.1mL,环境环境温度温度2828。B B组装培养液组装培养液10 mL10 mL，酵母菌母液，酵母菌母液0

19、.1mL,0.1mL,环境温度环境温度55，与与A A组形成温度条件对照组形成温度条件对照。C C组不装培养液，只装无菌水组不装培养液，只装无菌水10mL,10mL,酵母菌母液酵母菌母液0.1mL,0.1mL,环环境温度境温度2828，与与A A组形成营养条件对照组形成营养条件对照。课后练习课后练习1 1：在研究：在研究“酵母菌种群数量变化酵母菌种群数量变化”的实验中，的实验中，将将10ml10ml酵母液放在适宜温度下培养，并于不同时间内等量酵母液放在适宜温度下培养，并于不同时间内等量均匀取样均匀取样4 4次，分别测定样品中酵母菌的数量和次，分别测定样品中酵母菌的数量和PHPH，结果，结果如表

20、所示如表所示样品酵母菌数量（个/mm3 3）PH112104.828205.4312103.7410005.0（1 1）表中样品的取样先后次序为）表中样品的取样先后次序为 . .（2 2）对酵母菌而言，）对酵母菌而言，10ml10ml该培养液的环境负荷量？该培养液的环境负荷量？（3 3）若第）若第5 5次均匀取样时，样品中的酵母菌数量为次均匀取样时，样品中的酵母菌数量为760760个个/ml/ml3 3，产生这一结果的原因是，产生这一结果的原因是 。课后练习课后练习2 2：（一）探究思路：（一）探究思路： （1 1）设计对照实验。为了探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化，该同学）设计对照实验。

21、为了探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化，该同学按下表完成了有关实验。按下表完成了有关实验。试管编号试管编号培养液培养液/mL/mL无菌水无菌水/mL/mL酵母菌母液酵母菌母液/mL/mL温度温度/A A10100.10.12828B B10100.10.15 5C C10100.10.12828（2 2）酵母菌计数：）酵母菌计数：在对培养液中的酵母菌进行计数时：先将盖玻片放在计数室上，用吸管吸取培在对培养液中的酵母菌进行计数时：先将盖玻片放在计数室上，用吸管吸取培养液滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入。多余培养液用滤纸吸去。待酵母菌养液滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入。多余培养液用滤纸吸去。待

22、酵母菌细胞全部沉降到计数室底部，将计数板放在载物台的中央，计数一个小方格内细胞全部沉降到计数室底部，将计数板放在载物台的中央，计数一个小方格内的酵母菌数量。请回答以下问题的酵母菌数量。请回答以下问题镜检计数时，遇到正在进行出芽生殖的酵母菌时该如何处理？镜检计数时，遇到正在进行出芽生殖的酵母菌时该如何处理？某同学用显微镜观察计数时发现计数板一个小方格内酵母菌数量过多，于是某同学用显微镜观察计数时发现计数板一个小方格内酵母菌数量过多，于是他对培养液进行了稀释他对培养液进行了稀释2020倍处理：用移液管将倍处理：用移液管将 mlml水移到一清洁试管中，水移到一清洁试管中，从摇匀的培养试管中取从摇匀的

23、培养试管中取0.1ml0.1ml培养液加入该试管中，混合均匀后再显微镜下观察培养液加入该试管中，混合均匀后再显微镜下观察计数。计数。若计数室为若计数室为1mm1mm1mm1mm0.1mm0.1mm方格，由方格，由400400个小方格组成，个小方格组成，统计发现计数统计发现计数板小方格内酵母菌数量的平均值为板小方格内酵母菌数量的平均值为5 5个，那么个，那么10mL10mL培养液中酵母菌的个数约培养液中酵母菌的个数约为为 。 （二）问题探讨：（二）问题探讨： 请写出该同学研究的课题名称：请写出该同学研究的课题名称： 。 用显微镜定期测酵母菌种群数量，结果仅用显微镜定期测酵母菌种群数量，结果仅A

24、A管中第管中第3 3天开始个体数量迅天开始个体数量迅速增加，第速增加，第5 5天开始天开始A A管中个体数目达到最大，实验至第管中个体数目达到最大，实验至第6 6天结束。请将天结束。请将A A、B B、C C三组预期结果的走势图绘制在坐标系中。三组预期结果的走势图绘制在坐标系中。 试分析试分析C C组酵母菌种群数量变化的原因；组酵母菌种群数量变化的原因； 。六、关于血球计数板的命题六、关于血球计数板的命题例例1 1 在用血球计数板（在用血球计数板（2mm2mm2mm2mm方格）对某一稀释方格）对某一稀释5050倍样品进行计数时，倍样品进行计数时，发现发现在在一个方格内一个方格内（盖玻片下的培养

25、液厚度为（盖玻片下的培养液厚度为0.1mm0.1mm）酵母菌平均数为酵母菌平均数为1616，据此估算据此估算10mL10mL培养液中有酵母菌培养液中有酵母菌 个。个。（参考答案：（参考答案： 2 210107 7）例例2 2 在在“探究培养液中酵母菌种群数量的变化探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验中，某同学用显微镜实验中，某同学用显微镜观察计数，统计发现血球计数板的观察计数，统计发现血球计数板的小方格小方格(2 mm(2 mm2 mm)2 mm)内酵母菌数量的内酵母菌数量的平均值为平均值为1313个。假设盖玻片下的培养液厚度为个。假设盖玻片下的培养液厚度为0.1 mm0.1 mm，那么，那

26、么10mL10mL培养液培养液中酵母菌的个数约为中酵母菌的个数约为 A A5.25.210104 4 B B3.253.2510105 5 C C5.25.210103 3 D.3.25 D.3.2510104 4 （参考答案：（参考答案：B B） 例例1 1例例2 2两题，均将整个计数室两题，均将整个计数室2mm2mm2mm2mm方格作为实验计方格作为实验计数的空间，并按照公式：数的空间，并按照公式：a/4a/410105 5（稀释倍数）来计算稀释倍数）来计算10mL10mL培养液中的酵母菌的数量（培养液中的酵母菌的数量（a a为所计数酵母菌的平均数）。为所计数酵母菌的平均数）。与血球计数板的实际操作不相符，特别是例与血球计数板的实际操作不相符，特别是例2 2中将中将2mm2mm2mm2mm的的计数室当成一个小方格了，存在科学性错误。计数室当成一个小方格了，存在科学性错误。例例3 3 通常用血球计数板对培养液中酵母菌进行计数，通常用血球计数板对培养液中酵母菌进行计数，若计数室为若计数室为1mm1mm1mm1mm0.1mm0.1mm方格，由方格，由400400个小方格个小方格组成，如果一个小方格内酵母菌过多，难以计数，组成