生物人教版（2023）选择性必修2 1.2种群数量的变化共46张ppt

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第2节种群数量的变化

1.怎样构建种群增长的模型？

2.种群的数量是怎样变化的？

聚焦

选择性必修2/第1章/种群及其动态

2.72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？

2216个。

讨论

1.n代细菌数量Nn的计算公式是：

Nn=2n

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20min就通过分裂繁殖一代。

3.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？

不会，因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。可以用实验计数法来验证。

能够、和种群数量的变化。

建立数学模型

用来描述一个系统或它的性质的数学形式，可以为数学公式、坐标图等。

描述

解释

预测

概念：

一、建构种群增长模型的方法

种群增长数学模型的作用：

建立数学模型

1.建立数学模型的步骤

细菌每20min分裂一次，怎样计算繁殖n代的数量？

研究实例

研究方法

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

Nn=2n

N代表细菌数量，n表示第几代

观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或修正

观察研究对象，提出问题

提出合理的假设

根据实验数据，用适当的形式对事物的性质进行表述，即建立数学模型

通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正

建立数学模型

1.建立数学模型的步骤

例如：在营养和生存空间没有限制的情况下，某1个细菌每20分钟分裂繁殖一代。

时间/min20406080100120140160180

细菌数量/个

数学公式

2

4

8

16

32

64

128

256

512

21

22

23

24

25

26

27

28

29

以表格中得到的数据，

以时间为横轴，

以数量为纵轴，

画出细菌种群数量增长的曲线。

细菌种群增长曲线

0

100

200

300

400

500

600

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

细菌数量/个

时间/min

建立数学模型

2.数学模型的表达形式及优缺点

0

100

200

300

400

500

600

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Nn＝2n

细菌数量/个

时间/min

数学公式曲线图

优点

缺点

精确

不够直观

直观

不够精确

自然界中有类似细菌在理想条件下种群（呈J型）增长的形式吗？

分析自然界种群增长的实例

实例1：

澳大利亚本来并没有兔子。1859年，24只欧洲野兔从英国被带到了澳大利亚。这些野兔发现自己来到了天堂。因为这里有茂盛的牧草，却没有鹰等天敌。这里的土壤疏松，打洞做窝非常方便。于是，兔子开始了几乎不受任何限制的大量繁殖。不到100年，兔子的数量达到6亿只以上，遍布整个大陆。后来，黏液瘤病毒控制了野兔的种群数量。

分析自然界种群增长的实例

实例2:

20世纪30年代,人们将环颈雉引入米国的一个岛屿。

分析自然界种群增长的实例

讨论

1.这两个资料中的种群增长有什么共同点？

种群呈“J”形曲线增长。

3.这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？

不能。因为资源和空间是有限的。

2.出现这种增长的原因是什么？

原因是食物和空间条件充裕、没有天敌、气候适宜等。

理想条件

二、种群的“J”形增长

1．含义：

在条件下，以为横坐标，为纵坐标，画出的种群增长曲线大致呈“”形。

理想

时间

种群数量

J

N0表示种群的起始数量

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

如果：

那么：t年后种群数量为是多少？

Nt＝

N0

λ

t

食物、空间条件充裕;

气候适宜;

没有敌害和其他竞争物种;

种群数量每年以一定倍数增长。

理想条件：

Nt＝

N0

λ

t

若λ>1，种群密度，为型；

若λ<1，种群密度，为型；

若λ=1，种群密度，为型。

增大

减小

不变

增长

衰退

稳定

2．适用对象：

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的早期阶段。

“J”形增长数学模型（公式）是怎样的呢？

二、种群的“J”形增长

实例3：

凤眼莲（水葫芦）原产于南美，1901年作为花卉引入中国。由于繁殖迅速，又几乎没有竞争对手和天敌，我国目前有184万吨。它对其生活的水面采取了野蛮的封锁策略，挡住阳光，导致水下植物得不到足够光照而死亡。

二、种群的“J”形增长

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

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

把5个大草履虫置于0.5mL的培养液中，不更换到更大容器中，不添加新的培养液，连续观察、记录，第5天后基本维持375个左右，结果如下表：

时间0123456

数量520137319369375373

时间/d

种群数量/个

373.3

369.0

20.4

319.0

137.2

375.0

高斯的实验

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=375

三、种群的“S”形增长

资源和空间有限，天敌的制约等（即存在环境阻力），种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定，增长曲线呈“”形。

S

一般自然种群的增长

1．含义：

2．适用对象：

三、种群的“S”形增长

三、种群的“S”形增长

3.种群“S”形增长曲线分析

A

B

C

AB段：出生率死亡率，种群数量增加。

B点：出生率与死亡率差值，种群增长速率。

BC段：出生率仍死亡率，但差值在减小，种群增长速率。

C点：出生率死亡率，种群增长速率为，种群数量达到，

趋于稳定。

大于

最大

最大

大于

下降

等于

0

最大（K值）

三、种群的“S”形增长

3.种群“S”形增长曲线分析

②K值（是/不是）种群数量的最大值

请据图分析：该种群的K值为。

①同一种群的K值是固定不变的吗？

同一种群的K值不是固定不变的，会受到环境因素的影响：环境改善，K值；环境恶化，K值。

K2

不是

在环境条件没有变化的情况下，种群数量在K值上下波动，动态平衡。

增加

减小

指在单位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。

种群增长率：

增长率与增长速率区分

种群增长速率：

指种群数量在单位时间内的改变数值，有单位。（如个/年等）

例：某一种群的数量在某一单位时间t（如一年）内，由初数量Nt-1（个）增长到末数量Nt（个），则这一单位时间内种群的增长率和增长速率的计算分别为：

增长速率＝

末数－初数

单位时间

＝

Nt－Nt-1(个)

t(年)

×100％

增长率＝

末数－初数

＝

Nt－Nt-1

初数

Nt-1

＝出生率－死亡率

＝λ-1

三、种群的“S”形增长

4.K值的应用

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。

（1）野生生物的保护

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。

（2）有害生物的防治

机械捕杀、药物捕杀

施用避孕药、施用激素

养殖或释放天敌

将食物储存在安全处

增大死亡率

降低环境

容纳量

(根本措施)

降低出生率

硬化地面、搞好卫生

三、种群的“S”形增长

4.K值的应用

三、种群的“S”形增长

——“黄金开发点”

①对资源开发与利用的措施

种群数量达环境容纳量的一半（K/2）时种群增长速率最大，再生能力最强，维持被开发资源的种群数量在K/2值处，可实现“既有较大收获量又可保持种群高速增长”，从而不影响种群再生，符合可持续发展的原则。

渔业资源最佳捕捞时期？

1/2K时

5.K/2值的应用

A

B

C

②对有害生物防治的措施

控制种群数量，严防达到K/2值处

何时防治？

达到1/2K前

A

B

C

三、种群的“S”形增长

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

增大环境阻力→降低K值→防治有害生物

草原最大载畜量不超过K值→合理确定载畜量

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

三、种群的“S”形增长

种群“J”形和“S”形增长曲线之间的关系

环境阻力

1.某种群生活在一个较理想的环境中，则此种群数量增长的曲线是。

2.如果种群生活在一个有限制的环境中，增长的曲线可能是。

3.图中两曲线间的阴影部分代表，按自然选择学说，就表示在生存斗争中被的个体数量。

“S”形

“J”形

环境阻力

淘汰

比较种群增长两种曲线的联系与区别

J型曲线S型曲线

前提条件

增长模型

有无K值

种群增长率

种群增长速率

理想条件

存在环境阻力

无，持续保持增长

有K值

保持稳定

先增加后下降

有最大值

逐渐下降

逐渐增加无上限

环境容纳量与现实生活

具有开放性，可以从不同角度做出回答，要言之有据。例如，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。

讨论

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？

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

环境容纳量与现实生活

四、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。例如，某地野牛、狮的种群数量往往比较稳定。

对于大多数生物种群来说，种群数量总是在波动中。例如东亚飞蝗。

某地区东亚飞蝗种群数量的波动

1.种群数量的相对稳定

2.种群数量的波动

在K值不变的情况下，种群的数量总是围绕着K值上下波动。

3.种群数量的爆发

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。

如蝗灾、鼠灾、赤潮等。

四、种群数量的波动

蝗灾

鼠灾

赤潮

当种群长久处于不利条件下，如遭遇人类乱捕乱杀和栖息地破坏，种群数量会出现持续性的或极具的下降。

4.持续性的或极具的下降

当一个种群的数量过少时，种群可能会由于近亲繁殖等原因而衰退、消亡。

对于那些已经低于种群延续所需要的最小种群数量的物种，需要采取有效的措施进行保护。

四、种群数量的波动

捕鲸现场

培养液中酵母菌种群数量的变化

知识背景：

酵母菌是单细胞真菌，属于兼性厌氧菌。

酵母菌生长周期短，增殖速度快且世代间不重叠。在实验室条件下，用液体培养基培养酵母菌，可以观察酵母菌种群数量随时间变化的情况。

实验原理：

1.用液体培养基培养酵母菌，种群的增长受培养液的pH、空间、成分、温度等因素的影响。

2.在理想的无限环境中，酵母菌种群的增长呈“J”形曲线；在有限的环境条件下，酵母菌种群的增长呈“S”形曲线，而在恒定培养液中当酵母菌种群数量达K值后，还会转而下降直至全部死亡(营养物质消耗、代谢产物积累及pH变化所致)。

3.计算酵母菌数量可用抽样检测的方法——显微计数法。

实验流程：

1.提出问题：

培养液中酵母菌种群数量是怎样随时间变化的？

培养液中酵母菌种群数量随时间呈“S”形增长。

3.讨论探究思路：

2.作出假设：

实验步骤：

1.培养酵母菌

培养液配制

灭菌

接种

培养

无菌操作

培养条件

2.计数

采用抽样检测的方法：

可采用取部分液体，然后估算其种群密度的方法。

该部分液体种群密度

该部分液体种群数量

=

该部分液体体积

血细胞计数板

计数室

大格面积为1mm×1mm=1mm2。

每个大格有400个小格，

每个小格面积为0.0025mm2。

容积为0.00025mm3。

两种不同计数室的取样方法不同

1mL培养液中细胞个数＝中方格中酵母菌数量的平均值×25×104×稀释倍数

1mL培养液中细胞个数＝中方格中酵母菌数量的平均值×16×104×稀释倍数

规格一（25×16）

规格二（16×25）

计数过程：

①取清洁无油的血细胞计数板，在计数室上面加盖玻片。

②摇匀菌液（使酵母菌均匀分布，以保证估算的准确性），用滴管吸取菌液在盖玻片边缘滴一小滴，使菌液自行渗入，多余培养液用滤纸吸去，计数室不得有气泡。

③稍待片刻，待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上都并将计数室移至视野上都，计数一个小方格内的酵母菌数量。

第1天

第4天

第6天

第7天

死亡

4.分析结果，得出结论：

对于压在小方格界线上的酵母菌，应当怎么计数？

取相邻两边及其夹角

如果小方格内酵母菌数量过多，难以数清，怎么办？

进行稀释

目的是使培养液中的酵母菌均匀分布，以保证估算的准确性，减少误差。

从试管中吸出培养液进行计数之前，建议你将试管轻轻振荡几次。这是为什么？

5.表达和交流：

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）

怎么分辨死亡细胞和有活性的细胞？

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。

不需要，本实验在时间上已经构成前后对照。

需要做重复实验吗？

不用重复，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，而很多因素都会影响不同组酵母菌种群的测量值。

为了提高实验数据的准确性，可以通过对同一锥形瓶中培养液多次取样算平均值（分组实验，获得平均数值即可）。

如何确保实验结果的准确性？

“S”型曲线有一个K值，即环境容纳量。

种群数量的增长也受到许多环境因素(如温度、培养液的pH、培养液的养分种类和浓度、代谢产物等)的影响。

种群数量的变化包括增长、波动、稳定、下降等。

6.进一步探究：

7.注意事项

（1）取样时间需一致，且应做到随机取样（每天同一时间取样，或者每隔相同一段时间取样；

（2）抽取样液之前，需要振荡，使酵母菌均匀分布，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;二是从试管上部吸出的培养液浓度偏小。因为酵母菌会沉降在瓶底；

（3）若保持培养条件，酵母菌种群数量不会一直保持稳定，将会下降，因为营养物质减少、代谢废物增多、空间有限、pH降低等；

（4）血细胞计数板使用完毕后，用水冲洗干净或浸泡在酒精溶液中，切勿用硬物洗刷或抹擦，以免损坏网格刻度

练习与应用

一、概念检测

1.在自然界，种群数量的增长既是有规律的，又是复杂多样的。判断下列相关表述是否正确。

（1）将一种生物引入一个新环境中，在一定时期内，这个生物种群就会出现“J”形增长。（）

（2）种群的“S”形增长只适用于草履虫等单细胞生物。（