种群数量的变化 【知识精讲+备课精研+高效课堂】 高二生物 课件人教版2019选择性必修2

第1章种群及其动态温故知新种群密度死亡率性别比例年龄结构预测变化方向间接影响迁入率迁出率直接决定直接决定调查方法标记重捕法样方法影响出生率第2节种群数量的变化主讲教师：zeg聚焦1怎样建构种群增长的模型？2种群的数量是怎样变化的？问题探讨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。讨论：细菌的生殖方式是怎样的？二分裂大肠杆菌的增殖讨论：计算一个细菌产生的后代在不同时间（单位为min）的数量，并填入下表。问题探讨时间（min)020406080100120140160180分裂次数0123456789数量（个）1指数形式248163264128256512212223242526272829讨论：第n代细菌数量的计算公式是什么？Nn=1×2n讨论：72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？1×2216问题探讨时间（min)020406080100120140160180分裂次数0123456789数量（个）1指数形式248163264128256512212223242526272829讨论：初始数量为N0个细菌，第n代细菌数量(Nn)的计算公式是什么？Nn=N0×2n1建构种群增长模型的方法科学方法建立数学模型研究方法研究实例观察研究对象，提出问题细菌每20min分裂一次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量？数学模型：用来描述一个系统或它的性质的数学形式。建立数学模型一般步骤：研究方法研究实例观察研究对象，提出问题细菌每20min分裂一次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量？提出合理的假设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科学方法研究方法研究实例观察研究对象，提出问题细菌每20min分裂一次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量？提出合理的假设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建立数学模型Nn=2nN代表细菌数量，n表示第几代可为公式、坐标图等。科学方法研究方法研究实例观察研究对象，提出问题细菌每20min分裂一次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量？提出合理的假设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建立数学模型Nn=2nN代表细菌数量，n表示第几代对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可为公式、坐标图等。科学方法1.建构种群增长模型的方法计算一个细菌产生的后代在不同时间（单位为min）的数量，并填入下表。然后以时间为横坐标，细菌数量为纵坐标，画出细菌种群的增长曲线。时间（min)020406080100120140160180分裂次数0123456789数量（个）1指数形式248163264128256512212223242526272829Nn=1×2n数学公式一建构种群增长模型的方法0时间/min细菌数量/个10020030040050020406080100120140160180曲线图曲线图1.建构种群增长模型的方法Nn=1×2n数学公式教材P8一建构种群增长模型的方法数学公式0时间/min细菌数量/个10020030040050020406080100120140160180曲线图曲线图精确，但不够直观。直观，但不够精确。该公式和增长曲线，只是对理想条件下细菌数量增长的推测。在自然界中，种群的数量变化情况是怎样的呢？Nn=1×2n数学公式一建构种群增长模型的方法1.建构种群增长模型的方法这两种数学模型，各自有什么优缺点？思考·讨论教材P8阅读思考讨论“分析自然界种群增长的实例”并思考相应问题。思考·讨论分析自然界种群增长的实例资料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。24只思考·讨论资料220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右图所示。讨论：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，因为资源和空间是有限的。问题探讨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。讨论：初始数量为N0个细菌，第n代细菌数量(Nn)的计算公式是什么？Nn=N0×2n讨论：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？不会，因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。思考·讨论讨论：4.环颈雉种群的增长曲线是否类似于细菌种群的增长曲线？类似，均成“J”形。2种群的“J”形增长2.种群的“J”形增长“J”形增长：自然界确有类似细菌在理想条件下种群数量增长的形式，如果以时间为横坐标，种群数量为纵坐标画出曲线来表示，曲线大致呈“J”形。0时间/min细菌数量/个10020030040050020406080100120140160180什么是理想条件？“J”形增长的数学模型（以数学公式表示）是怎样的？模型假设“J”形增长的数学模型2.种群的“J”形增长食物和空间条件充裕气候适宜没有天敌(捕食和寄生天敌)没有其他竞争物种等某种群理想状态每年以一定的倍数增长第二年的数量是第一年的λ倍什么情况会出现理想状态？①实验室条件下；②当一个种群刚迁入到一个新的适宜环境时。问：第一年是N0，一年后是多少？t年后呢？二种群的“J”形增长某种群理想状态每年以一定的倍数增长建立模型数学公式：Nt=N0

λtN0：为起始数量t：为时间Nt：表示t年后该种群的数量λ：表示该种群数量是一年前种群数量的倍数

曲线图：时间(t)种群数量Nt模型假设“J”形增长的数学模型2.种群的“J”形增长二种群的“J”形增长λ=NtNt-1Nt-1Nt-1+增加的个体数=Nt-1Nt-1+新出生个体数-新死亡个体数==1+出生率-死亡率1+增长率=在一段时间内种群数量增加的量占初始数量的比例，是一个百分比，无单位对公式中“λ”的理解：“J”形增长的数学模型2.种群的“J”形增长对公式中“λ”的理解：“J”形增长的数学模型2.种群的“J”形增长增长率一段时间内净增加的个体数占原来个体数的比例增长速率增长率=（现有个体数-原有个体数）/种群原有个体数单位时间内增加的个体数量增长速率=（现有个体数-原有个体数）/增长时间一个种群有1000个个体，一年后增加到1100，则该种群的增长率:×100%=10%1100-10001000增长速率为:=100个/年1100-10001年种群“J”形增长的增长率和增长速率曲线2.种群的“J”形增长增长率=（现有个体数-原有个体数）/种群原有个体数Nt=N0

λt时间（t）种群数量种群数量曲线NtN0＝×100％Nt－Nt-1Nt-1增长率＝末数－初数初数＝λ-1增长率曲线时间增长率增长特点：

种群的增长率是一定的，种群数量没有上限。2.种群的“J”形增长只有λ＞1且为定值时，种群增长才为“J”形增长。增长率＝λ-1项目种群数量变化年龄结构λ>1

λ＝1

0<λ<1

λ＝0增加增长型相对稳定稳定型减少衰退型种群无繁殖，下一代将灭亡λ=1.1λ=1.2λ=0.8λ=1.0种群数量时间0λ值的生物学意义图解Nt=N0

λt种群“J”形增长的增长率和增长速率曲线2.种群的“J”形增长Nt=N0

λt时间（t）种群数量种群数量曲线NtN0实质就是“J”形曲线的斜率＝增长速率＝末数－初数单位时间Nt－Nt-1(个)1(年)时间（t）增长速率增长速率曲线=（λ-1）N0λt-1增长速率呈指数函数增长特点：种群的增长率是一定的，种群数量持续增长，没有上限。意义：反映了种群增长的潜力或者趋势。种群“J”形增长特点和意义2.种群的“J”形增长2.种群的“J”形增长二种群的“J”形增长中国人口数据增长曲线世界人口数据增长曲线2.种群的“J”形增长如果遇到资源、空间等方面的限制，种群还会呈“J”形增长吗？二种群的“J”形增长人口在20世纪大部分时期呈现出“J”形增长中国人口数据增长曲线世界人口数据增长曲线2.种群的“J”形增长3种群的“S”形增长3.种群的“S”形增长资料

生态学家高斯（G.F.Gause，1910—1986）曾经做过单独培养大草履虫的实验：在0.5

mL培养液中放入5个大草履虫，然后每隔24

h统计一次大草履虫的数量。经过反复实验，得出了如图所示的结果。时间（天）0123456种群数量（个）520137319369375365K=375第5天后大草履虫的数量在第几天增长较快？第二天和第三天3.种群的“S”形增长K=375第5天后为什么大草履虫种群没有出现“J”形增长？由于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。这种类型的种群增长称为什么？种群的“S”形增长3.种群的“S”形增长“S”形增长：种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定，增长曲线呈“S”形。资源和空间有限；种群密度增大时；种内竞争加剧。“S”形增长原因：K=375出生率下降，死亡率升高出生率＝死亡率，种群稳定在一定的水平3.种群的“S”形增长环境容纳量：一定的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。K值分析：K=375（1）K值是不是种群数量的最大值？不是；K值是种群在一定环境条件下所能维持（允许达到）的种群最大数量。这个值存在的时间很短，种群数量可能会超过K值。3.种群的“S”形增长K值分析：K=375（3）在环境条件没有变化的情况下，种群数量到达K值后就不再变化了吗？不是；在K值上下波动，动态平衡。（2）同一种群的K值是固定不变的吗？不是一成不变的。K值会随着环境的改变而发生变化，当环境遭到破坏时，K值会下降；当环境条件状况改善时，K值会上升。3.种群的“S”形增长“S”形增长曲线图分析：AB段：种群基数小，需要适应新环境，增长较缓慢；适应期资源和空间丰富，出生率升高，种群数量增长迅速；快速增长期资源和空间有限，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；缓慢增长期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。饱和期种群数量为K/2，种群增长速率达到最大；BC段：C点：DE段：CD段：K种群数量时间0BCDEt1t2AK/23.种群的“S”形增长种群“S”形增长的增长率和增长速率曲线E点：对应的种群增长速率为0，数量最大，为K值C点：对应的种群增长速率最大,为K/2值。S型曲线增长速率曲线增长速率时间ABCDEt1t2S型曲线增长率曲线增长率0t1t2时间K种群数量时间0BCDEt1t2AK/2KK/2个体百分比时间t0K出生率死亡率3.种群的“S”形增长出生速率或死亡速率时间t0t1t2出生速率死亡速率K/2KK种群数量时间t0t1t2K/2K/2增长速率时间t0t1t2K②t1之前，种群数量小于K/2值，由于资源和空间相对充裕，种群增长速率逐渐增大；③当种群数量为K/2值时，出生率远大于死亡率，种群增长速率达到最大值；④t1～t2，由于资源和空间有限，当种群密度增大时，种内斗争加剧，天敌

数量增加，种群增长速率逐渐下降；⑤t2时，种群数量达到K值，此时出生率等于死亡率，种群增长速率为0。①t0时，种群数量N0，种群增长速率为0；K值的表示方法和K值的变化K/2增长速率时间t0t1t2K出生速率或死亡速率时间t0t1t2出生速率死亡速率K/2KK种群数量时间t0t1t2K/2个体百分比时间t0K出生率死亡率种群数量达到K值时，种群—增长停止种群数量在K/2值时，种群—增长最快3.种群的“S”形增长种群“J”形和“S”形增长曲线之间的关系两种增长曲线的主要差异是：环境阻力的不同环境阻力(按自然选择学说，它就是在生存斗争中被淘汰的个体数量)。“J”形曲线无K值,无种内斗争,无天敌。3.种群的“S”形增长K值与K/2值在实践中的应用：实践1：为了保护鱼类资源不受破坏，并能持续地获得最大捕鱼量，应使被捕鱼群的种群数量保持在什么水平？为什么？K种群数量时间0BCDEt1t2AK/2应使被捕鱼群的种群数量保持在K/2水平，因为在这个水平上种群增长速率最大渔业捕捞应在

。K/2以后——“黄金开发点”3.种群的“S”形增长实践2：怎样做才能最有效的灭鼠？K种群数量时间0BCDEt1t2AK/2增大环境阻力→降低K值→防治老鼠如断绝或减少它们的食物来源；养殖或释放它们的天敌，等等。①降低环境容纳量;②在

捕杀。K/2前灭鼠时及时控制种群数量，严防达到K/2值，若达到该值，会导致该有害生物成灾。防治有害生物的根本措施。3.种群的“S”形增长实践3：怎样做才是保护大熊猫的根本措施？K种群数量时间0BCDEt1t2AK/2建立自然保护区，改善大熊猫的栖息环境，提高环境容纳量。野生大熊猫种群数量锐减的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。3.种群的“S”形增长【总结】K值与K/2值的应用：K值减小环境阻力→增大K值→保护野生生物资源草原最大载畜量不超过K值→合理确定载畜量增大环境阻力→降低K值→防治有害生物K/2值渔业捕捞后的种群数量要在K/2值处K/2值前防治有害生物，严防达到K/2值处思考·讨论环境容纳量与现实生活讨论：1.有人说目前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？有哪些证据支持你的观点？由于世界范围内存在的资源危机和能源紧缺等，目前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。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。思考·讨论讨论：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？对鼠等有害动物的控制，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，如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；室内采取硬化地面等措施，减少它们挖造巢穴的场所；养殖或释放它们的天敌；搞好环境卫生；等等。自然环境中，种群增长的J形和S形曲线均可见到，但不像数学模型所预测的那样光滑、典型。种群实际增长的变型是很多的!4种群数量的波动二种群的“J”形增长4.种群数量的波动在自然界，有的种群能够在一段时期内维持数量的相对稳定。野牛狮群二种群的“J”形增长4.种群数量的波动但对于大多数生物，种群数量总是在波动中。种群数量波动周期性波动任何波动只要在两个相邻波峰之间相隔的时间基本相等就可称之为周期性波动。非周期性波动反之则为非周期性波动。二种群的“J”形增长4.种群数量的波动周期性波动任何波动只要在两个相邻波峰之间相隔的时间基本相等就可称之为周期性波动。了解季节性波动年间波动二种群的“J”形增长4.种群数量的波动非周期性波动反之则为非周期性波动。了解1913191719211925192919331937194119451949195319571961年份种群数量/相对值2468100某地区东亚飞蝗种群数量的波动该东亚飞蝗的种群数量在1913—1961年一直处于不规则的波动状态二种群的“J”形增长4.种群数量的波动处在波动状态的种群，在某些特定条件下可能出现种群爆发。蝗灾鼠灾赤潮二种群的“J”形增长4.种群数量的波动当种群长久处于不利条件下，如遭遇人类乱捕滥杀和栖息地破坏，种群数量会出现持续性的或急剧的下降。种群的延续需要有一定的个体数量为基础。当一个种群的数量过少，种群可能会由于近亲繁殖等而衰退、消亡。.视频见U盘该课件文件夹探究·实践培养液中酵母菌种群数量的变化探究·实践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。实验原理酵母菌是单细胞真核生物，属于兼性厌氧菌。生长周期短，增殖速度快，可以用含糖的液体培养基来培养，通过细胞计数可以测定封闭容器内的酵母菌种群随时间而发生的数量变化。其中，养分、氧气、温度和代谢废物等是影响种群数量持续增长的限制因素。培养液探究·实践材料用具实验材料：酵母菌，无菌马铃薯培养液或肉汤培养液，实验仪器：试管，血细胞计数板，滴管，显微镜等。提出问题：作出假设：培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的？实验思路：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。酵母菌数量呈“S”形增长。探究·实践实验思路：将试管放在28℃的恒温箱中培养7天培养将酵母菌接种到支试管中接种每天同一时间取样计数酵母菌的数量，连续观察7天并记录这7天的数值。计数将10ml马铃薯培养液或肉汤培养液加入试管中准备探究·实践实验思路：如何求酵母菌种群数量？能不能用逐个计数法？不能，酵母菌增长速度太快，数量太多，应该用估算法计数方法：抽样检测法计数工具：血球计数板；显微镜探究·实践血细胞计数板探究·实践探究·实践计数室探究·实践红框代表一个大格大格一个大格（计数室）分为25个中格（双线边）黄框代表一个中格一个中格分为16个小格1mm面积1mm21/25mm21/400mm2厚度（高度）0.1mm每个计数室（大方格）共有400小格，总容积为0.1mm3。探究·实践9个大方格规格一：25×16型25个中方格每个中方格有16个小方格共有400个小方格A1A2A3A4A5探究·实践A1A2A3A4A5计数一个小方格内酵母菌数量，再以此为依据估计培养液中酵母菌总数。探究·实践对于压在小方格界线上的酵母菌，应当怎么计数？只计数相邻两边(记上不记下、记左不记右)及其夹角上的个体。如果小方格内酵母菌数量过多，难以数清，怎么办？进行稀释，重新制片，观察计数。1mL培养液中细胞个数?1mL=103mm3X1mL=0.1mm3(10-4mL)小方格中细胞数量的平均值×400X=小方格中细胞数量的平均值×400×104×稀释倍数探究·实践规格二：16×25型A1A2A4A3计四角的4个中方格，共100个小方格中的酵母菌数量，记为a计四角和正中间的5个中方格，共80个小方格中的酵母菌数量，记为a酵母菌细胞个数/ml=(a/100)×400×104×稀释倍数酵母菌细胞个数/ml=(a/80)×400×104×稀释倍数A1A2A3A4A5规格一：25×16型探究·实践实验步骤：酵母菌培养液体培养基，无菌条件取样取样时，要振荡培养基，目的是使酵母菌均匀分布于培养基中将含有酵母菌的培养液滴在盖有载玻片的血细胞计数板上，在显微镜下观察和计数，测定1mL培养液中的酵母菌个数。观察并计数探究·实践显微镜计数操作步骤：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，让培养液自行渗入到计数室内静置数分钟，待酵母菌细胞全部沉降到计数室底部，将计数板放在在载物台中央，计数一个小方格内酵母菌数量盖片加酵母菌培养液镜检计数探究·实践实验结果：第1天第3天第6天第7天怎么分辨死亡细胞和有活性的细胞？死亡细胞多集结成团，可以借助台盼蓝染色（死亡细胞呈蓝色）。探究·实践实验结果：时间次数

1234567123平均重复组连续观察7天，记录每天的数值。记录结果可设计成下面的记录表：探究·实践实验结果：数学模型01234567时间/天种群数量出生率>死亡率出生率≈死亡率出生率<死亡率①营养物质消耗殆尽②有害代谢产物积累③pH改变酵母菌数量为何会下降？探究·实践实验结论：在适宜条件下，酵母菌种群呈“S”形增长；种群的增长速率是:先增加后减少，在K/2时增长速率最大。注意事项：先将盖玻片放在计数室上，再用移液器或吸管将培养液滴在盖玻片边缘，让培养液自行渗入的目的是？待酵母菌全部沉降到计数室底部再计数。探究·实践避免因菌液过多顶起盖玻片而使计数室体积改变，另外，也可防止气泡产生。如果酵母菌未能全部沉降到计数室底部，要么能看清酵母菌但看不清格线，要么能看清格线但看不清酵母菌。注意事项：从试管中吸出培养液进行计数前要振荡试管生物目的是？本探究需要设置对照吗？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。探究·实践使培养液中酵母菌分布均匀不需要，本实验旨在探究培养液中酵母菌在一定条件下的种群数量变化，只要分组实验，获得平均数值即可。本实验在连续培养并定时计数过程中形成自身对照。注意事项：本探究需要做重复实验吗？每个样品应计数三次，取平均值有什么好处？探究·实践需要。对每个样品取样3次，求平均值。减少误差，使实验数据更加准确探究·实践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拓展创新温度对酵母菌种群数量增长有影响5、每天同一时间，各组取出试管，用血球计数板分别计数酵母个数，

并作记录,连续观察7天。实验设计：1、取二支相同试管分别加入5ml无