【课件】种群数量的变化课件高二上学期生物人教版选择性必修2

第一章种群及其动态第2节种群的数量变化新课导入回顾：说出序号表示的种群的数量特征①_________②_________③_________④_________⑤_________种群密度出生率死亡率年龄结构性别比例新课导入朱鹮怎样控制害虫数量，以防止虫灾发生?怎样保护珍稀濒危生物，以防止物种灭绝，生物多样性锐减?新课导入牧民在承包的草场上该放养多少头羊，既能保护草原，又能取得最好经济效益？对于某水体中的鱼，何时捕？捕捞多少？才能既不会使资源枯竭，又使资源得到充分利用?种群研究的核心问题是种群数量的变化规律。新课导入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就通过分裂繁殖一代。1.第n代细菌数量的计算公式是什么?2.72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？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？细菌分裂方式：二分裂如果资源和生存空间没有限制，那么1个细菌繁殖n代之后的数量是多少？(细菌每20min就通过分裂繁殖一次)时间（min)20406080100120140160180分裂次数123456789数量（个）248163264128216512指数形式212223242526272829①1个细菌第n代细菌数量(Nn)的计算公式是什么？Nn=1×2n②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新课导入新课导入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就通过分裂繁殖一代。不会，因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。1.第n代细菌数量的计算公式是什么?2.72h后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？设细胞初始数量为N0，第一次分裂产生的细菌为第一代，数量为N0×2，第n代的数量为Nn=N0×2n。Nn=N0×2nn=72×60÷20

=

216N0=1Nn=22163.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？用实验验证。目录01一、建立种群增长模型的方法新课导入模型：是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性描述。物理模型数学模型概念模型拓展—模型以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征用线条和文字直观而形象地表示出某些概念之间的关系系统化的符号和数学表达式对间题的一种抽象描述一一、建立种群增长模型的方法1、建立数学模型1.定义：用来描述一个系统或它的性质的数学形式。3.意义：能够描述、解释、预测种群数量的变化。能更直观地反映出种群的增长趋势。表示的数学模型不够精确。2.同数学公式相比，曲线图表示的模型有什么优缺点？①优点：②缺点：Nn=N0×2n时间/min（1）数学公式（2）曲线图一一、建立种群增长模型的方法4.步骤：通过进一步实验或观察等，对模型进行_____或_____根据实验数据，用适当的_____形式对事物的性质进行_____提出合理的_____研究实例细菌每20min分裂一次，怎样计算细菌繁殖n代后的数量？资源和生存空间无限多，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或修正Nn代表繁殖n代后细菌数量，N0为细菌起始数量，n代表繁殖代数Nn=N0×2n研究方法观察现象，提出_____问题假设数学表达检验修正研究方法：假说-演绎法一一、建立种群增长模型的方法【思考·讨论】分析自然界种群增长的实例资料1：1859年，澳大利亚24只野兔1个世纪6亿只野兔后来，人们引入了黏液瘤病毒才使野兔的数量得到控制。资料2：1937—1942年，某岛屿上环颈雉种群数量增长如下图所示思考·讨论：这两个资料中的种群增长有什么共同点？种群数量增长迅猛，且呈无限增长趋势。食物充足，缺少天敌。种群出现这种增长的原因是什么？不能。因为资源和空间是有限的。这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？一二、种群的“J”型增长

自然界确有类似的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。某海岛上环颈雉种群数量的变化时间/min某细菌理想条件种群数量的变化目录02二、种群的“J”型增长一二、种群的“J”型增长1.理想条件：①食物和空间条件充裕、②气候适宜、③没有天敌和其它竞争物种等条件下（即无环境阻力）2.适用对象：①实验室条件下③当一个种群刚迁入到一个新的适宜环境时②外来入侵物种的种群数量变化1.种群的“J”形增长福寿螺福寿螺原产中美洲的热带和亚热带地区，已成为世界性的外来入侵生物。理想实验条件下，如实验室中液体培养基中培养的微生物种群液体培养基一二、种群的“J”型增长思考：生物迁入新环境一定会出现“J”形增长吗？不一定种群的数量每年以一定的倍数增长，第二年的数量是第一年的λ倍3.数量变化：一年后种群的数量为:

N1=N0λ1二年后种群的数量为:N2=N1λ=N0λ2三年后种群的数量为:

N3=N2λ

=N0λ3t年后种群的数量为:Nt=N0λtNt=N0λt（N0为起始数量，Nt为t年后该种群的数量，t为时间，λ表示该种群增长倍数）

注意：该曲线的起点不是原点一二、种群的“J”型增长λ现有个体数原有个体数=Nt=N0λt（N0为起始数量，t为时间，λ表示该种群增长倍数）

【思考1】

①当λ=1时，种群数量如何变化？②当λ＞1时，种群数量如何变化？③当λ＜1时，种群数量如何变化？【思考2】当λ＞1时，种群一定呈“J”形增长吗？种群数量不变(相对稳定)种群数量增长种群数量下降不一定；只有λ＞1且为定值时，种群增长才为“J”形增长；种群数量变化符合数学公式Nt=N0×λt，种群增长曲线不一定是“J”形。一二、种群的“J”型增长【现学现用】据图说出种群数量如何变化①1～4年，种群数量_______________②4～5年，种群数量_______________③5～9年，种群数量_______________④9～10年，种群数量______________⑤10～11年，种群数量_____________⑥11～13年，种群数量_____________

。⑦

前9年，种群数量第_______年最高⑧9～13年，种群数量第______年最低呈“J”形增长增长相对稳定下降下降11～12下降，51212～13增长一二、种群的“J”型增长A______________B______________C______________D______________例:研究人员连续10年调查生态系统中某动物的种群数量变化，绘制的λ值变化曲线如图所示。A、B、C、D四点时的种群数量相比，最多的是

点；最少的是

点。年龄结构增长型稳定型衰退型BD稳定型一二、种群的“J”型增长增长率＝λ-1（λ>1，且不变）种群增长率

＝末数－初数初数（增长率>0，且不变）种群增长率不受种群密度制约，增长率保持不变=（λ-1）×100％Nt＝N0λt

4.种群增长率：单位时间内净增加的个体数占原来个体数的比例＝×100％Nt－Nt-1Nt-1λ-1一二、种群的“J”型增长（λ>1，且不变）Nt＝N0λt

4.种群增长速率：单位时间内增加的个体数量种群增长速率

＝末数－初数单位时间实质就是“J”型曲线的斜率＝×100％Nt－Nt-1t

(年)一二、种群的“J”型增长人口在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？不会目录01三、种群的“S”形增长一三、种群的“S”形增长生态学家高斯所做的实验：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。实例分析时间0123456数量520137319369375373请绘制大草履虫的种群增长曲线时间/d种群数量/个K=375373.3369.020.4319.0137.2375.0一三、种群的“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。这种类型的种群增长称为“S”形增长1.定义①资源和空间有限②存在天敌和其他竞争物种（即存在环境阻力）2.适用条件一般自然种群的增长3.适用对象

请尝试解释为什么存在环境阻力就会使得种群数量最终维持在一定水平而不能无限增加？一三、种群的“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；调整期资源和空间丰富，出生率升高，种群数量增长迅速；加速期资源和空间有限，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；减速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；转折期bc段：c点：de段：cd段：一三、种群的“S”形增长4.环境容纳量（K值）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。（2）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（3）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。思考讨论：（1）种群数量到达K值后就不再变化了吗?在K值上下波动，动态平衡一二、种群的“J”型增长4.种群增长率：单位时间内净增加的个体数占原来个体数的比例增长率受种群密度制约，种群增长率不断减小。一二、种群的“J”型增长5.种群增长速率：单位时间内增加的个体数量增长速率＝Nt－Nt-1(个)t(年)时间/t增长速率tK/2tK①增长速率先增大后减少，最后为0。②当种群数量为K/2时，增长速率达到最大。实质就是“S”型曲线的斜率4.种群增长率：单位时间内净增加的个体数占原来个体数的比例二、种群的“J”型增长二、种群的“J”型增长5.种群增长速率：单位时间内增加的个体数量一三、种群的“S”形增长6.种群增长的“J”型曲线与“S”型曲线（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。“J”型曲线无K值,无种内斗争,无天敌。一三、种群的“S”形增长7.K值和K/2值在农业生产中的应用①对野生生物资源和濒危物种的保护:a.建立自然保护区b.提高环境容纳量②对野生生物资源的利用:a.渔业捕捞应在

;b.捕捞后鱼的种群数量维持在

。因为捕鱼后保留在K/2值处，种群增长速率最大，可实现“既有较大收获量又可保持种群高速增长”，符合可持续发展的原则。K/2以后K/2一三、种群的“S”形增长7.K值和K/2值在农业生产中的应用③对有害生物防治:b.在

捕杀。a.降低环境容纳量;K/2前如灭鼠时及时控制种群数量，严防达到______值，若达到该值，会导致该有害生物成灾。K/2【易错易混】最大捕捞量≠最大日捕获量①要持续获得最大捕捞量:K/2之后捕捞②要获得日捕获量:应在种群密度最大时捕捞(de期即K值时)一三、种群的“S”形增长降低有害生物环境容纳量是防治有害生物的根本措施。一三、种群的“S”形增长“J”形增长和“S”形增长的比较项目前提条件K值曲线模型增长率增长速率“J”形增长“S”形增长理想状态：食物和空间条件充裕、气候适宜、没有天敌和其他竞争物种等。实际状态：环境资源有限，存在天敌和其他竞争物种。无K值有K值在“S”型曲线中，种群增长速率先增大后减小，增长率逐渐减小。在“J”型曲线中，种群增长速率逐渐增大，

增长率基本不变。一三、种群的“S”形增长【方法规律】K值的四种表示方法(1)①

对应的种群增长速率为0,数量最大,为K值。②

对应的种群增长速率最大,为K/2值。

(2)B点对应的种群出生率与死亡率相等,种群数量达到最大,为

。A点A'点K值一三、种群的“S”形增长【方法规律】K值的四种表示方法

(3)①

对应的种群数量为K值。②

对应的种群出生率与死亡率差值最大，为K/2值。

(4)①

对应的种群个体数最多,即K值。②

对应的种群个体数为K/2值。C点C'点D点D'点出生速率和死亡速率出生速率死亡速率时间目录04四、种群数量的波动一四、种群数量的波动在自然界中，有的种群能够在一段时间内维持数量稳定，但是大多数生物种群，种群数量总是在波动之中。某地区东亚飞蝗种群数量的波动对于大多数生物种群来说，种群数量总是在波动中。1.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。一四、种群数量的波动2.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，就是种群数量爆发增长的结果。东亚飞蝗的爆发一四、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性的下降。3.种群数量的下降一四、种群数量的波动种群的延续需要有一定的个体数量为基础。当一个种群数量过少，种群可能会由于近亲繁殖等原因而衰退、消亡。对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。卧龙大熊猫自然保护区4.种群数量的消退北京植物园目录05五、探究·实践：培养液中酵母菌种群数量的变化一五、探究·实践：培养液中酵母菌种群数量的变化酵母菌酵母菌是典型的真核生物，是兼性厌氧生物。酿酒和做面包都需要酵母菌，这些酵母菌可以用液体培养基（培养液）来培养。培养液1.实验材料酵母菌出芽生殖一五、探究·实践：培养液中酵母菌种群数量的变化提出问题作出假设设计实验进行实验得出结论，交流讨论进一步探究2.探究思路培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的？提出问题时间呈“J”形增长开始延长呈“S”形增长最后数量下降作出假设一五、探究·实践：培养液中酵母菌种群数量的变化提出问题作出假设设计实验进行实验得出结论，交流讨论进一步探究配制酵母菌培养液接种酵母菌到培养液中培养计数统计分析得出结论如何计数？如何统计？①自变量：____________________②因变量：____________________③无关变量：__________________时间酵母菌数量培养液的体积等2.探究思路设计实验一五、探究·实践：培养液中酵母菌种群数量的变化(1)计数方法进行逐个计数是非常困难的，可以采用抽样检测的方法：培养液抽样检测法（显微镜直接计数法、血细胞计数板法）一五、探究·实践：培养液中酵母菌种群数量的变化(2)计数用具—血细胞计数板XB.K.250.10mm1/400mm2量制滬字02270113號横面观侧面观计数室边长为1mm深度为0.1mm1个计数室的体积为0.1mm3，1个计数室有400个小方格。每个小方格的体积是1/4000mm3。一五、探究·实践：培养液中酵母菌种群数量的变化方格网上刻有9个大方格，其中只有中间的一个大方格为计数室，供计数用。②中方格③小方格（双线分割）①大方格(2)计数用具—血细胞计数板五、探究·实践：培养液中酵母菌种群数量的变化规格二：25×16型A1A2A3A4A5规格一：16×25型A1A3A2A4不管计数室是哪一种构造，其每一大方格都是由16×25=25×16=400个小方格组成，体积均为

mm3，合______mL。（1mL=103mm3)0.110-4一五、探究·实践：培养液中酵母菌种群数量的变化16×25型计数公式：A1A2A3A4A1、A2、A3和A4分别为四个中方格中的酵母菌数。1mL样品中酵母菌数A1+A2+A3+A4100×400÷0.1mm3×稀释倍数=A1+A2+A3+A4100×400×104×稀释倍数=(3)如何利用血细胞计数板对酵母菌进行计数？25×16型A1A2A3A4A5计数公式：1mL样品中酵母菌数A1、A2、A3、A4和A5分别为五个中方格中的酵母菌数。A1+A2+A3+A4+A580×400÷0.1mm3×稀释倍数=×400×104×稀释倍数A1+A2+A3+A4+A580=一1.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9mL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__________________。1.6×108(个/mL)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)16×25型A1A2A3A425×16型A1A2A3A4A5习题检测一五、探究·实践：培养液中酵母菌种群数量的变化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。1mL=1cm3=103mm31mL培养液中细胞个数：X1mL=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X=小方格中细胞数量的平均值×400×104×稀释倍数3.用血球计数板对培养液中酵母菌进行计数，若计数室为1mm×1mm×0.1mm方格，由400个小方格组成。若多次重复计数后，算得每个小方格中平均有5个酵母菌，则10mL该培养液中酵母菌总数有____________个。2×108

4.若使用的血细胞计数板(规格为1mm×1mm×0.1mm)每个计数室分为25个中方格，每个中方格又分为16个小方格，将样液稀释100倍后计数，发现计数室四个角及中央共5个中方格内的酵母菌总数为20个，则培养液中酵母菌的密度为___________个/mL。1×108习题检测一五、探究·实践：培养液中酵母菌种群数量的变化计数一个小方格分的酵母菌数量。先将盖玻片放在血细胞计数板的计数上0102用吸管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入。03多余的培养液用滤纸吸去。稍待片刻。04待酵母菌全部沉降到计数室底部，将计数板放在载物台的中央。05(4)统计步骤一五、探究·实践：培养液中酵母菌种群数量的变化1.为什么不能先加培养液再盖盖玻片？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少而造成误差。

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。思考·讨论：2.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：

①

能看清楚酵母菌但看不清方格线；

②

能看清楚方格线但看不清酵母菌。一五、探究·实践：培养液中酵母菌种群数量的变化思考·讨论：

使菌体分散开来、混合均匀，减少实验误差。若没有摇匀，从底部吸取，计数结果会偏大，从上部吸取，计数结果会偏小。

此外，酵母菌常出现“抱团”现象，因此取样前需要将培养液充分振荡、摇匀，最好用移液器来回吹吸若干次，以确保样品被摇匀。3.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？一五、探究·实践：培养液中酵母菌种群数量的变化4.如果一个小方格内酵母菌过多，难以数清，应采取什么措施？

如果小方格内酵母菌数量过多，应当对菌液进行稀释。一般样品稀释后的适宜范围是5~10个菌体/小格。1mL培养液9mL水9mL水1mL培养液稀释10倍稀释100倍用无菌水稀释至每小格细胞数目为5~10个稀释100倍一五、探究·实践：培养液中酵母菌种群数量的变化对于压在边线上的酵母菌应取相邻两边及顶角计数，一般遵循“计上不计下，计左不计右”的原则。(5)统计原则离开母体的芽体，无论大小均算一个。如果正在出芽，芽体大小达到或超过母细胞一半时，芽体可算1个。一五、探究·实践：培养液中酵母菌种群数量的变化思考·讨论：5.本探究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。本实验在培养时间上有前后对照，不需要单设对照组。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。6.要做重复实验吗？为什么？不用重复，只要分组实验获得平均值即可。本实验酵母菌种群数量足够多，样本足够大。其数据是80～100个小方格的平均值，足够精确。但是，每次计数要同时取多个样本。一五、探究·实践：培养液中酵母菌种群数量的变化第一天第二天第三天第四天第五天第六天第七天123123123123123123123每个中方格菌数12345稀释倍数平均值总平均值酵母菌数量(6)记录结果一五、探究·实践：培养液中酵母菌种群数量的变化首先通过显微镜观察，估计出10mL培养液中酵母菌的初始数量（N0），在此之后，连续观察7天，分别记录下这7天的数值。注意：每天计数酵母菌量的时间要固定，计数间隔要固定。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。）第1天第4天第6天第7天实验现象一五、探究·实践：培养液中酵母菌种群数量的变化连续培养7天，每天用显微镜和血细胞计数板计数出酵母菌种群密度显微镜直接计数的是总的菌体（包括死菌和活菌）。计数时可以滴加台盼蓝染液(或亚甲基蓝)，活的酵母菌呈无色，死的酵母菌呈蓝色，然后分别计数，算出两者比例，从而进一步换算出菌体中的活菌数。需要注意的是，加入台盼蓝的体积应折算在稀释倍数中。如果没有染色，计数出来的数据会比真实值偏大。实验现象一五、探究·实践：培养液中酵母菌种群数量的变化分析结果，得出结论将所得数值用曲线图表示出来。结论：

酵母菌在开始一段时间呈“J”形增长，但随着时间的推移，由于资源和空间有限，将呈“S”形增长，并最终将全部死亡。出生率>死亡率出生率≈死亡率出生率<死亡率种群的增长速率是:先增加后减少，在K/2时增长速率最大。一五、探究·实践：培养液中酵母菌种群数量的变化如图为探究培养液中酵母菌种群数量变化的实验相关曲线，据图回答下列问题：1.相当一段时间内，酵母菌的增长符合哪种模型？S形增长曲线2.为何会出现K值，为何达到K值

一段时间后酵母菌数量下降？营养物质消耗、有害代谢产物积累、pH值下降等。空间有限、资源有限，3.试着在上面空白处画出该酵母菌的增长速率的曲线。→生存条件恶化，导致酵母菌死亡率高于出生率，种群数量下降。4.在适宜条件下不断分瓶培养，结果有何不同？近似于“J”形增长曲线。习题检测【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。(

)(3)由于环境容纳量是有限的，种群增长到一定数量就会保持稳定。(

)