高二生物人教版必修三课件第4章第2节种群数量的变化

第2节

种群数量的变化目标导航1.通过细菌数量增长的分析，掌握建构种群增长模型的方法。2.通过“J”型和“S”型曲线分析，理解种群数量变化的影响因素及其内在逻辑关系。3.结合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。1预习导学挑战自我，点点落实

2课堂讲义重点难点，个个击破3对点练习即时训练，体验成功预习导学

挑战自我，点点落实1.数学模型：是用来描述一个系统或它的性质的

形式。2.建构模型的步骤：观察研究对象，提出问题→提出

→根据实验数据，用适当的

对事物的性质进行表达→通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正。3.某细菌每20min分裂一次，细菌分裂增殖公式为Nn＝2n，N代表

，n表示

。一、建构种群增长模型的方法(阅读P65－66)数学合理的假设数学形式细菌数量第几代二、种群增长的“J”型曲线(阅读P66)1.模型假设(1)条件：

和

条件充裕、气候适宜、没有敌害等。(2)数量变化：种群的数量每年以

增长，第二年的数量是第一年的λ倍。2.建立模型t年后种群数量表达式为

。如果以

为横坐标，

为纵坐标画出曲线来表示，曲线则大致呈

型。食物空间一定的倍数Nt＝N0λt时间种群数量“J”三、种群增长的“S”型曲线(阅读P67)1.种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定的增长曲线，称为

型曲线。2.“S”型增长的数学模型(1)形成原因“S”自然资源和空间→有限天敌增加加剧降低增长达到平衡，数量趋于稳定，呈“S”型增长。(2)曲线特点：种群数量达到环境条件所允许的

(K值)后，将停止增长。3.环境容纳量：在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中所能维持的种群

，又称“K”值。同一种群的K值不是

，会随着环境条件的改变而变化。环境容纳量最大数量固定不变的四、种群数量的波动和下降(阅读P67－68)1.影响因素(1)自然因素：气候、食物、被捕食、传染病等。(2)人为因素：受

的种群数量不断增加，野生动植物

不断减少。2.数量变化大多数种群的数量总是在

中，在不利的条件下，种群数量还会急剧

甚至消亡。人工控制种群数量波动下降3.研究意义(1)

有害动物。(2)保护和利用

。(3)拯救和恢复

。防治野生生物资源濒危动物种群预习诊断判断正误：(1)气候、食物、天敌、传染病等都是影响种群数量变化的外界因素。(

)解析影响种群数量变化的外界因素主要是种群生存所需的资源和空间，还受气候、天敌和传染病等因素的影响。√(2)种群数量的变化包括种群数量的增长、波动和下降等。(

)(3)研究种群数量的变化有利于对有害动物的防治以及对野生生物资源的保护和利用。(

)(4)培养液中酵母菌的种群数量在培养早期呈“J”型增长。(

)解析在培养早期，外界环境对酵母菌的生存非常有利，食物、生存空间无限,无天敌,因此早期可以看做是“J”型增长。√√√(5)对于“S”型曲线，同一种群的K值是固定不变的，与环境因素无关。(

)解析种群的K值，即环境容纳量，是某一特定环境下的种群最大数量，若环境改变，环境容纳量即随之改变。×一、种群增长模型的建构课堂讲义

重点难点，个个击破1.建构方法项目研究方法研究实例提出问题观察研究对象，提出问题细菌每20min分裂一次合理假设提出合理的假设在资源和空间无限的环境中，细菌的种群增长不会受密度影响建立模型根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达

时间(min)020406080细菌数量(个)2021222324时间(min)10012014060180细菌数量(个)2526272829Nn＝2n(N代表细菌数量，n表示第几代)修正检验通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或修正2.意义数学模型是联系实际问题与数学规律的桥梁，具有解释、判断、预测等重要功能。在科学研究中，数学模型是发现问题、解决问题和探索新规律的有效途径之一。思维激活1.同是数学模型，曲线图与方程式比较，具有什么优点？答案曲线图与方程式都是数学模型，方程式能准确反映种群数量变化，但不够直观；而曲线图能更直观地反映出种群数量的变化趋势，但不够精确。2.从曲线的走向分析可以预计：若在食物(养料)和空间条件

、气候

和没有

等理想条件下，细菌种群的增长不会受

的影响，往往会持续增长。充裕适宜敌害种群密度增加应用示例1.在营养和生存空间等没有限制的理想条件下，某细菌每20min就分裂繁殖一代。现将该细菌种群(m个个体)接种到培养基上(资源、空间无限)，Th后，该种群的个体总数是(

)。A.m·2T

B.m·220

C.2·

D.m·23T问题导析

(1)指数增长时种群数量表达式为

。(2)Th后细菌繁殖代数是

，个体总数为

。解析

在营养和生存空间等没有限制的理想条件下，种群呈指数增长。由于该细菌每20min繁殖一代，则Th后，繁殖3T代，故Th后，该种群的个体总数为Nt＝N0·2t＝m·23T。答案DNt＝N0·2t3TNt＝N0·2t＝m·23T一题多变判断正误：(1)在一个培养基中，细菌的数量会一直按照上述数学模型增长。(

)(2)生物按何形式增长可以用实验计数法来检验或修正。(

)(3)自然界中的食物和空间无限，生物一般按指数形式增长。(

)×√×二、种群数量的变化曲线和应用1.两种曲线模型比较项目“J”型曲线“S”型曲线增长模型前提条件理想状态：资源无限、空间无限、不受其他生物制约(无种内竞争，缺少天敌)现实状态：资源有限、空间有限、受其他生物制约(种内竞争加剧，捕食者数量增加)种群增长速率K值的有无无K值有K值曲线形成原因无种内竞争，缺少天敌种内竞争加剧，天敌数量增多2.农业生产中的应用(1)保护濒危动植物对于濒危动植物而言，由于环境污染、人类破坏等，导致此种生物的K值变小，通过建立自然保护区等措施提高环境容纳量，是保护这些生物的根本措施。(2)合理利用自然资源在“S”型曲线中，种群数量达到环境容纳量的一半

时，种群增长速率最大，资源再生能力最强。因此，在野生生物资源合理开发利用方面，要保证捕捞或利用后，生物种群数量不得低于

，这样既可获得最大利用量，又可保持种群的高速增长。(3)防止有害生物在农林害虫的防治方面，降低农林害虫的环境容纳量是防治的根本，杀虫效果最好的时期则在

之前。思维激活3.在“S”型曲线中，有一段时期近似于“J”型曲线，这一段是否等同于“J”型曲线？答案不是。因为“J”型曲线是理想条件下的种群增长趋势，“S”型曲线是在环境有限的条件下种群的增长趋势。4.结合下图分析，同种生物的K值是固定不变的吗？哪些因素会影响动物种群的环境容纳量？答案生物自身的遗传特性和食物、栖所、天敌及其他生存条件均会影响动物的环境容纳量。同一种生物的K值不是固定不变的，会受到环境的影响。5.请用达尔文的进化观点分析下图中的阴影部分所表示的含义是什么？答案经过生存斗争被淘汰的个体数量。6.在调查某林场松鼠的种群数量时，计算当年种群数量与一年前种群数量的比值(λ)，并得到如图所示的曲线，则该种群在第几年时个体数量最少？答案第10年种群数量最少。因为从第4年到第10年，λ一直小于1，说明种群数量一直在下降。应用示例2.如图表示种群在理想环境中和有环境阻力条件下的增长曲线，下列有关种群数量增长曲线的叙述中正确的是(

)。A.图甲为“J”型增长，每年增加的个体数量始终不变B.图乙为“S”型增长，G点时增长速率达到最大值C.防治蝗灾应在害虫数量达到F点时进行D.渔业捕捞后剩余量应该在E点左右问题导析

(1)图甲曲线在不同的时间点，曲线的斜率不同，即种群的

不同。(2)图乙中G点时种群的数目不再变化，增长速率为

。(3)超过D点，蝗虫增长速率

，灭虫效果

。(4)E点时种群的增长速率最

，渔业捕捞应该在超过

时进行，且每次捕捞后的剩余量应保持在E点左右。增长速率0加快差快解析图甲曲线的斜率代表种群的增长速率(即单位时间内种群个体的增加数目)，由题图曲线特征可以看出，在不同的时间点，曲线的斜率不同，即种群的增长速率不同，故A错误。图乙中G点时种群的数目不再变化，增长速率为0，故B错误。防治蝗灾应该在D点附近，超过D点，蝗虫增长速率加快，灭虫效果差，故C错误。渔业捕捞应该在超过

时进行，且每次捕捞后的剩余量应保持在E点左右，此时种群的增长速率最快，故D正确。答案D一题多变若如图表示某种小型淡水鱼迁入新的湖泊后种群增长速率随时间变化的曲线，请判断如下叙述的正误：(1)该种小型淡水鱼在新的环境中呈“J”型增长。(

)解析此曲线的纵坐标为“种群增长速率”，其种群为“S”型增长。×(2)该种鱼在新湖泊中的环境容纳量约为t2时该鱼数量的两倍。(

)√(3)t4时该种小型淡水鱼在新环境中逐渐消失。(

)解析t4时刻种群数量达到K值，并非在新环境中逐渐消失。×(4)t3时该种小型淡水鱼的年龄组成为衰退型。(

)解析t3时刻年龄组成应为增长型。×三、探究培养液中酵母菌种群数量的变化1.实验原理(1)可用液体培养基(培养液)培养酵母菌，培养基中种群的增长受培养液的成分、空间、pH、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”型曲线；在有限的环境中，酵母菌种群的增长呈“S”型曲线。(3)可采用抽样检测的方法，进行显微镜计数。2.实验目的初步学会酵母菌等微生物的计数及种群数量变化曲线的绘制。3.材料用具探究所需要的菌种和无菌马铃薯培养液或肉汤培养液、试管、血细胞计数板(2mm×2mm方格)、滴管、显微镜等。4.方法步骤试管中加入10mL无菌马铃薯培养液或肉汤培养液↓接种酵母菌到试管中并混合均匀

↓把试管在28℃条件下连续培养7d

↓每天抽样检测计数酵母菌数量：①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板小方格内；②显微镜观察计数一个小方格内的酵母菌数，已知小方格的培养液厚度为0.1mm，计算出培养液体积；③换算出10mL培养液中酵母菌总数。

↓分析数据，画出曲线。进行数形转换，以时间为横坐标，酵母菌数量为纵坐标，画出坐标曲线图，分析曲线走向，揭示酵母菌种群数量变化规律。5.实验结果酵母菌增长曲线图(如图1)及转化后的增长速率曲线图(如图2)图1

图2

增长曲线的总趋势是先增加再降低。原因是在开始时培养液的营养充足，空间充裕，条件适宜，因此酵母菌大量繁殖，种群数量剧增，随着酵母菌数量的不断增多，营养消耗，pH变化、有害产物积累等，使生存条件恶化，酵母菌死亡率高于出生率，种群数量下降。6.注意事项(1)结果的记录最好用记录表(如下表)。时间/d123456……数量/个

(2)每天计数酵母菌数量的时间要固定。7.思考下面5个问题：(1)探究本实验需要设置对照吗？需要做重复实验吗？答案酵母菌在不同时间内的数量可以相互对比，不需另设对照实验，但需要做重复实验，以保证计数的准确性。(2)从试管中吸出培养液进行计数前，为什么需将试管轻轻振荡几次？答案目的是使培养液中的酵母菌均匀分布，减少误差。思维激活(3)若一个小方格内酵母菌过多，难以数清，采取的措施是什么？答案可增大稀释倍数后再计数。(4)对于压在小方格界线上的酵母菌，怎样计数？答案只计算相邻两边及其夹角的酵母菌。(5)影响酵母菌种群生长的因素可能有哪些？答案养料、温度、pH及有害代谢废物等。3.某小组进行“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化”实验时，同样实验条件下分别在4个试管中进行培养(见下表)，均获得了“S”型增长曲线。根据实验结果判断，下列说法错误的是(

)。应用示例试管号ⅠⅡⅢⅣ培养液体积/mL105105起始酵母菌数/103个105510A.4个试管内的种群初始阶段都经历了“J”型增长B.4个试管内的种群同时达到K值C.试管Ⅲ内种群的K值与试管Ⅱ不同D.试管Ⅳ内的种群数量先于试管Ⅱ开始下降问题导析

(1)培养液的体积是

，则整个培养过程中酵母菌呈

型增长。(2)在培养初期，酵母菌之间不因数量较多而存在生存斗争的时候，酵母菌呈

型增长。(3)培养液中酵母菌数量达到K值的时间取决于

和酵母菌的起始数量：酵母菌起始数量相同的试管(如

和

、

和

)，

的试管越先达到K值；而有限的“S”“J”培养液的体积ⅠⅣⅡⅢ培养液体积越小培养液体积相同的试管(如

和

、

和

)，

的试管越先达到K值。(4)酵母菌数量开始下降的时间取决于

：

的试管(如Ⅰ和Ⅲ、Ⅱ和Ⅳ)，

的试管内种群数量越先下降；而

的试管(如Ⅰ和Ⅳ、Ⅱ和Ⅲ)，

的试管内种群数量越先下降。答案BⅠⅢⅡⅣ酵母菌起始数量越大酵母菌的起始数量和培养液的体积培养液体积相同酵母菌起始数量越大酵母菌起始数量相同培养液体积越小如图为某小组进行“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化”实验时，所测得的不同培养阶段酵母菌种群数量、葡萄糖浓度和乙醇浓度的变化曲线，请回答下列问题：一题多变(1)曲线AB段酵母菌呼吸发生的场所是__________________；曲线BC段酵母菌呼吸的方式为__________________。(2)酵母菌种群数量从C点开始下降的主要原因除葡萄糖被大量消耗外，还有____________、_______________。(3)在T1～T2时段，单位时间内酵母菌消耗葡萄糖量迅速增加的主要原因有____________________________________、___________________。细胞质基质和线粒体有氧呼吸和无氧呼吸乙醇含量过高培养液的pH下降酵母菌进行无氧呼吸，产生的能量少酵母菌种群数量增多(4)某同学在T3时取样，统计的酵母菌种群数量明显高于D点对应的数量，原因可能有_______________________________、______________________________________和用血球计数板计数时出现错误等。取样时培养液未摇匀，从底部未染色，统计的菌体数包含了死亡的菌体取样课堂小结JS对点练习1231.有关“探究培养液中酵母菌数量动态变化”的实验，正确的叙述是(

)。A.改变培养液的pH不影响K值(环境容纳量)大小B.用样方法调查玻璃容器中酵母菌数量的变化C.取适量培养液滴于普通载玻片后对酵母菌准确计数D.营养条件并非影响酵母菌种群数量变化的唯一因素解析营养条件、pH和温度的变化都会影响种群数量。D1232.如图表示出生率、死亡率和种群密度的关系，据此分析得出的正确表述是(

)