种群数量的变化【知识建构+高效助教】 高二生物 课件（人教版2019选择性必修2）

第2节种群数量的变化新人教版（2019）选择性必修二《生物与环境》目标010203学习目标通过分析与比较，明确种群的“J”形增长和“S”形增长的条件和特点;通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化等活动，尝试建构种群数量增长的数学模型。(科学思维、科学探究)通过分析影响种群数量变化的因素，形成稳态与平衡观。(生命观念)运用种群数量变化规律解决生产生活中的实际问题，关注人类活动对动植物种群数量变化的影响。(社会责任)情境导入讨论:1.细菌的分裂方式是什么？2.第n代细菌数量的计算公式是什么？3.72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？

我们的手上难免沾染细菌。细菌的繁殖速率很快，因而我们要常洗手。假设在营养和生存空间没有限制的情况下，某种细菌每20min就通过分裂繁殖一次。细菌繁殖产生的后代数量Nn=N0×2nNn=2216不会。因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。用实验验证。4.在一个培养瓶中，细菌的数量会一直按照这个公式描述的趋势增长吗?如何验证你的观点？二分裂一.建构种群增长模型的方法物理模型：以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征。概念模型：用线条和文字直观而形象地表示出某些概念之间的关系。数学模型：以数学关系或坐标曲线图表示生物学规律。问题1：回忆一下前面所学模型的类型？描述、解释和预测种群数量的变化，常常需要建立数学模型细菌每20min分裂一次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量？观察研究对象，提出问题在资源和生存空间没有限制的条件下，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响提出合理的假设Nn=2n，N代表细菌数量，n代表第几代根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达，即建立数学模型观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或修正通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正一.建构种群增长模型的方法数学模型1.概念:用来描述一个系统或它的性质的数学形式。2.步骤:研究实例研究方法一.建构种群增长模型的方法时间（min)20406080100120140160180分裂次数123456789数量（个）248163264128216512指数形式212223242526272829n代细菌数量Nn的计算公式是：Nn=2n以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌种群的增长曲线：精确，但不够直观曲线图：直观，但不够精确数学方程式：一.建构种群增长模型的方法思考·讨论

资料1：1859年，一位来澳大利亚定居的英国人在他的农场中放生了24只野兔，一个世纪后，这24只野兔的后代竟超过6亿只。漫山遍野的野兔不仅与牛羊争食牧草，还啃噬树皮，造成植被破坏，导致水土流失。直到人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到控制。一.建构种群增长模型的方法思考·讨论

资料2：20世纪30年代时，人们将环颈雉引入到美国的一个岛屿上，在最初的5年内，1937—1942年期间该种群数量的增长如图所示。1.这两个资料中种群增长有什么共同点?2.种群出现这种增长的原因是什么？3.这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？种群数量增长迅猛,且呈无限增长趋势。食物充足，缺少天敌等不能，因资源和空间是有限的讨论:二.种群的“J”形增长2.模型假设:1.概念:自然界确有类似的细菌在

条件下种群数量增长的形式，如果以

为横坐标，

为纵坐标画出曲线来表示，曲线大致呈“

”型。理想时间种群数量J①食物和空间条件充裕②气候适宜③没有天敌④没有其他竞争物种等理想条件种群数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的λ倍。若起始数量为N0，则：二.种群的“J”形增长3.建立模型

t年后种群的数量为

Nt=N0×λtN0为该种群的起始数量，t为时间，Nt表示t年后该种群的数量，λ表示该种群数量是前一年种群数量的的倍数4.特点：种群的数量每年以一定的倍数增长思考：种群数量变化符合数学公式Nt=N0×λt

时，种群增长曲线一定是“J”形吗？二.种群的“J”形增长5.λ与J形种群增长的数量关系：λ=Nt+1Nt①当λ=1时，种群数量

；②当λ＞1时，种群数量

；③当0＜λ＜1时，种群数量

；④当λ＞1时，种群一定呈“J”形增长吗？不变(相对稳定)增长下降不一定；

只有λ＞1且为定值时，种群增长才为“J”形增长；二.种群的“J”形增长1-4年，种群数量呈_____形增长；4-5年，种群数量__________；5-9年，种群数量__________；9-10年，种群数量

；10-11年，种群数量________；11-13年，种群数量_________________

_________________前9年，种群数量第_____年最高；9-13年，种群数量第____年最低。“J”增长相对稳定下降下降11-12年下降，12-13年增长512【实战演练1】据图说出种群数量如何变化二.种群的“J”形增长增长率=

增长个体数原有个体数增长速率=增长个体数增长个数所用的时间6.“J”形增长的增长率和增长速率时间λ-1=λ-1二.种群的“J”形增长7.适应对象:(1)实验室条件下；(2)一个种群刚迁入到一个新的适宜环境时(外来入侵物种)。福寿螺(原产中美洲的热带和亚热带地区)紫茎泽兰(原产美洲的墨西哥)水葫芦(原产于南美)二.种群的“J”形增长旁栏思考：查一查历年来世界和我国人口增长的数据，分析人口是否呈“J”形增长？2000年之前我国人口变化

近代以来，世界人口呈现出“J”形增长；我国人口在20世纪大部分时间呈现出“J”形增长，在1979年之后则基本稳定在较低的增长率水平上。思考：如果遇到资源、空间等方面的限制，种群还会呈“J”形增长吗？不会二.种群的“S”形增长1.实例证明：生态学家高斯的实验大草履虫种群的增长曲线时间/d种群数量/个K=375在0.5mL培养液中放入5个大草履虫，每隔24h统计一次大草履虫的数量。经反复实验，结果如下图所示。大草履虫的数量在第二天和第三天增长较快；第五天以后基本维持在375个左右。随着大草履虫数量的增多，对食物和空间的竞争趋于激烈，导致出生率下降，死亡率升高。二.种群的“S”形增长2.“S”形增长的概念：种群经过一定时间的

后，数量趋于

，增长曲线呈“

”形。S稳定增长3.模型假设:(1)条件：①资源和空间有限②种内竞争加剧③存在天敌④其他竞争的物种。出生率下降，死亡率升高二.种群的“S”形增长种群数量为K/2，种群增长速率达到最大资源和空间丰富，出生率升高，种群数量增长迅速种群基数小，需要适应新环境，增长较缓慢资源和空间有限，种群密度增大，种内竞争加剧，出生率降低，死亡率升高，种群增长减缓出生率约等于死亡率，种群增长速率几乎为0，种群数量达到K值，且维持相对稳定(2)特点：二.种群的“S”形增长4.环境容纳量：一定环境条件所能维持的种群最大数量称为环境容纳量，又称K值。在环境条件没有遭受破坏的情况下，种群数量会在

附近上下波动。当种群数量偏离K值的时候，会通过

调节使种群数量回到K值。思考1：同一种群的K值是不是固定不变的呢？同一种生物的K值不是固定不变的，K值会随着环境的改变而发生变化,当环境遭受破坏时，K值变化是____；当环境条件状况改善时，K值会____。下降上升负反馈K值二.种群的“S”形增长K值是环境容纳量,即在保证环境不被破坏的前提下所能容纳的最大值;种群所达到的最大值会超过K值,但这个值存在的时间很短,因为环境已遭到破坏。思考2：K值

（是/不是）种群数量的最大值？不是请据图分析：该种群的K值为

。K2二.种群的“S”形增长①K值大小取决于环境条件：当环境遭到破坏时，K值会下降；当环境状况改善时，K值会上升。②K值≠种群数量的最大值：种群所达到的最大值会超过K值，但这个值存在的时间很短，因为环境条件已遭到破坏。③在环境不遭受破坏的情况下，种群数量在K值附近上下波动。注意：二.种群的“S”形增长5.增长特点：种群增长速率的变化种群数量=N0，˂K/2，=K/2，˃K/2，=K，增长速率为0增长速率为0增长速率逐渐减小增长速率最大增长速率逐渐增大二.种群的“S”形增长t0t1t2

时间增长速率K/2K6.“S”形增长的增长率和增长速率增长率=增长个体数原有个体数增长速率=增长个体数增长个数所用的时间二.种群的“S”形增长7.“J”形曲线与“S”形增长曲线的联系：(1)图中阴影部分表示什么？(2)环境阻力如何用自然选择学说内容解释？(3)“S”形曲线中，有一段时期近似于“J”形曲线，这一段是否等同于“J”形曲线？为什么？环境阻力。生存斗争中被淘汰的个体数。不等同，已经存在环境阻力。二.种群的“S”形增长8.K值和K/2的应用：(1)对野生生物资源和濒危物种的保护:①野生大熊猫种群数量锐减的关键原因是什么？最根本原因是野生大熊猫的栖息地遭到破坏，由于食物的减少和活动范围的缩小，K值就会变小。②保护大熊猫的根本措施是什么？建立自然保护区，给大熊猫更宽广的生活空间，改善它们的栖息环境，从而提高环境容纳量。K值J型环境阻力时间种群数量减小环境阻力，提高K值二.种群的“S”形增长①从环境容纳量考虑：

环境阻力，

环境容纳量；②从K/2考虑：控制有害生物害虫数量务必要及时，一般在

时就进行防治。严防种群数量达到

。K/2前K/2增大降低8.K值和K/2的应用：(2)对有害生物防治:二.种群的“S”形增长①持续获得最大捕鱼量：应在

时开始捕捞，捕捞后种群的剩余量维持在

左右。此时种群具有最大增长速率，可以在最短时间恢复种群数量，有利于人类持续获得较大收获量。大于K/2K/2②获得最大日捕获量:应在

时捕捞，此时种群密度最大。K值8.K值和K/2的应用：(3)对野生资源的开发和利用:1.有人说目前全世界人口数量已经达到地球的环境容纳量，必须采取更加严格的措施控制人口出生率；有人却认为科技进步能提高地球对人类的环境容纳量，例如，育种和种植技术的进步，能提高作物产量，从而养活更多人口。对此你持什么观点?你有哪些证据支持你的观点?世界范围内存在的资源危机和能源紧缺等问题，说明地球上的人口可能已经接近或达到环境容纳量，因此应当控制人口增长；随着科技进步，农作物产量不断提高，人类开发、利用和保护资源的能力不断加强，因而可以养活更多的人口。开放性题目二.种群的“S”形增长思考·讨论二.种群的“S”形增长2.鼠害导致作物减产，蚊、蝇会传播疾病。从环境容纳量的角度思考，对家鼠等有害动物的控制，应当采取什么措施?可以采取器械捕杀、药物防治等措施。从环境容纳量的角度思考，还可以采取措施降低有害动物种群的环境容纳量：①将粮食和其他食物储藏在安全处，断绝或减少它们的食物来源；②室内采取硬化地面等措施，减少它们挖造巢穴的场所；③养殖或释放它们的天敌；④搞好环境卫生。思考·讨论三.种群数量的波动(1)处于波动状态的种群，在某些特定条件下可能出现种群爆发。如蝗灾、鼠灾、赤潮等就是种群数量爆发增长的结果。1.在自然界，有的种群能够在一段时期内维持数量的相对稳定。2.对于大多数生物种群来说，种群数量总是在波动中。(2)当种群长期处于不利条件下，种群数量会出现持续性的或急剧的下降。(3)当一个种群的数量过少，种群可能会由于近亲繁殖等原因而衰退、消亡。捕鲸现场北极熊栖息地遭到破坏三.种群数量的波动影响因素:自然因素和人为因素（人类活动）四.培养液中酵母菌种群数量的变化1.实验目的：探究培养液中酵母菌种群数量的变化并总结影响种群数量变化的因素。2.实验原理：酵母菌是单细胞

生物，生长周期短，增殖速度快，可以用

培养基来培养。3.提出问题：4.作出假设：真核液体培养液中的酵母菌数量一开始呈“J”形增长；随着时间的推移，

酵母菌数量呈“

”形增长。S培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的？四.培养液中酵母菌种群数量的变化5.实验设计(1)变量分析：自变量：时间因变量：酵母菌数量无关变量：培养液的体积等(2)怎样对酵母菌进行计数？①方法：抽样检测法②用具：试管、滴管、血细胞计数板、显微镜等四.培养液中酵母菌种群数量的变化6.实验步骤四.培养液中酵母菌种群数量的变化1mm计数室的体积=1mm×1mm×0.1mm=0.1mm3方格网有九个大方格，其中只有中间的一大方格为计数室，供微生物计数用计数室血细胞计数板四.培养液中酵母菌种群数量的变化血细胞计数板的规格规格：25×16统计5个中方格，共16×5=80个小方格规格：16×25统计4个中方格，共25×4=100个小方格1mL培养液中细胞个数：=小方格中细胞数量的平均值×400×104×稀释倍数每个计数室共400个小格，总容积为0.1mm3。四.培养液中酵母菌种群数量的变化

【实战演练2】某小组进行“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验，利用血细胞计数板(25×16型)对酵母菌进行计数。取1mL培养液加9mL无菌水，若观察到所选5个中方格内共有酵母菌80个，则培养液中酵母菌的种群密度为

。4×107(个/mL)四.培养液中酵母菌种群数量的变化【实战演练3】某小组进行“探究培养液中酵母菌种群数量的变化”实验，利用血细胞计数板(16×25型)对酵母菌进行计数。取1mL培养液加99mL无菌水，若观察到所选4个中方格内共有酵母菌400个，则培养液中酵母菌的种群密度为

。1.6×109(个)四.培养液中酵母菌种群数量的变化先盖盖玻片，再将培养液滴加于盖玻片边缘，让培养液自行渗入。多余培养液用滤纸吸去。（1）盖盖玻片和滴加培养液，哪个步骤在前？为什么？①盖玻片可能由于已加入液滴的表面张力而不能严密地盖到计数板表面，使计数室内液体增多，导致结果偏高。②直接滴加培养液时，在计数室内会产生气泡，导致计数室相对体积减小而造成误差。7.实验注意事项：(2)从试管中吸出培养液进行计数前，需将试管轻轻振荡几次，目的是？使培养液中的酵母菌分布均匀，减小误差。如果未振荡试管就吸出培养液，可能出现两种情况:一是从试管下部吸取的培养液浓度偏大;

二是从试管上部吸浓度偏小。四.培养液中酵母菌种群数量的变化(3)为什么要待酵母细胞全部沉到底部后再计数？如果酵母菌未能全部沉降到计数室底部，通过显微镜观察时就可能出现以下现象：要么能看清酵母菌但看不清方格线，要么能看清方格线但看不清酵母菌。7.实验注意事项：(5)对于压在小方格界线上的酵母菌，应当怎样计数?可将培养液适当稀释一定倍数后再计数。只计相邻两边及其夹角上的酵母菌,一般遵循“计上不计下,计左不计右”的原则。(4)如果一个小方格内酵母菌数量过多，难以数清，应当采取什么措施？四.培养液中酵母菌种群数量的变化(6)本实验需要设置对照吗?如果需要，请讨论对照组应怎样设计和操作；如果不需要，请说明理由。不需要,

因为本实验在时间上形成自身前后对照(7)需要做重复实验吗?(8)怎么分辨死亡细胞和有活性的细胞？可以借助台盼蓝染色（死亡细胞呈蓝色）

需要

目的是减小误差，提高实验的准确性，需对每个样品多次计数，取其平均值。如果没有染色，计数出来的数据会比真实值偏大。注意：取样时间需一致，且应做到随机取样。7.实验注意事项：四.培养液中酵母菌种群数量的变化培养液中酵母菌种群的数量前期呈“S”型增长，后期数量下降。(1)开始培养时，营养、空间相对充足，条件适宜，酵母菌大量繁殖种群数量呈“S”形增长；(2)随酵母菌数量不断增加，营养不断消耗，代谢产物积累、pH变化，空间不足等种群数量下降。8.分析结果，得出结论:影响酵母菌种群数量增长的因素:受培养液的成分、空间、pH、温度、代谢产物等因素的影响。课堂小结种群数量的变化种群增长模型建构种群增长模型的方法种群的“S”形增长种群的“J”形增长自然种群的数量变动特点：种群数量每年以一定倍数增长一段时间内相对稳定(接近K值）条件：食物和空间有限特点：种群增长速率先增大后减小，最后为0K值：一定环境条件下所能维持的种群最大数量探究培养液中酵母菌种群数量变化（验证种群数量增长模型）持续性的或急剧的下降，甚至衰退