种群数量的变化 高二上学期生物人教版选择性必修2

资料：我们手上难免沾染细菌。细菌二分裂的繁殖速率很快，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就通过二分裂繁殖一代。讨论1：第n代细菌数量的计算公式是什么？72h后数量是多少？讨论2：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？为什么？时间（min)020406080100120140160180分裂次数0123456789数量（个）1Nn=1*2n2216248163264128256512

不会，因为培养瓶中的营养物质和空间是有限的。该公式成立是在理想条件下的。【科学方法】建立数学模型：描述一个系统或它的性质的数学形式，可为公式、坐标图等。观察研究对象，提出问题提出合理的假设据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达，即建立数学模型通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正在自然界中，种群的数量变化情况是怎样的呢？问题·探讨精确，但不够直观直观，但不够精确培养大肠杆菌的培养基江西生物组

东东老师学习目标：1．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。2．能够利用数学模型来表征、解释和预测种群数量的变化，认同模型在生物学研究中的应用。3．举例说明种群的“J”形增长、“S”形增长、波动等数量变化情况。4．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。第1章种群及其动态第2节种群数量的变化01建构种群增长模型的方法分析自然界种群增长的实例思考·讨论讨论1．这两个资料中的种群增长有什么共同点？讨论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，大致呈“J”形。讨论2．种群出现这种增长的原因是什么？种群呈“J”形增长的原因是食物和空间条件充裕、没有天敌、气候适宜等。不能。因为资源和空间是有限的。【资料1】1859年，澳大利亚野兔24只野兔6亿只野兔一个世纪1937-1942年某地一个岛屿。【资料2】环颈雉理想条件“J”形增长: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。Ⅰ模型假设:

02种群的“J”形增长0时间/min细菌数量/个10020030040050020406080100120140160180什么是理想条件？N0：为起始数量t：为时间Nt：表示t年后该种群数量λ：表示该种群数量是一年前种群数量的倍数

t年后种群数量:Nt=N0×λt

①食物和空间条件充裕；②气候适宜；③没有天敌(捕食/寄生的天敌)和其他竞争物种等理想条件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。实验室及时更换培养液；当某种群刚迁入到一个新的适宜环境……Ⅱ建立模型:“J”形增长模型：Nt=N0

λtλ=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=单位时间内种群数量增加的量占初始数量的比例项目种群数量变化年龄结构λ>1

λ＝1

λ<1

增加增长型相对稳定稳定型减少衰退型λ>1λ<1λ=1种群数量时间0只有λ＞1且为定值，种群增长才为“J”形增长A、B、C、D四点时的种群数量相比，最多的是

点；最少的是

点BDy=λ-1（λ>1，且不变）时间（t）种群增长率0思考：请根据“J”形增长数学公式，分别构建“J”形增长种群的增长率和增长速率曲线模型。①增长率=(现有个数-原有个数)/原有个数＝×100％增长率＝末数－初数Nt－Nt-1Nt-1初数时间（t）种群数量N0Nt②增长速率：单位时间内增加的个体数量＝增长速率＝末数－初数时间Nt－Nt-1(个)t(年)

y=λ-1（λ>1，且不变）时间（t）种群增长率0增长速率是“J”形种群数量曲线的斜率时间（t）种群增长速率二种群的“J”形增长02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02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02种群的“J”形增长03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0.5mL培养液中放入5个大草履虫，然后每隔24h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520137319369375365思考：大草履虫数量在第几天增长较快？该种群增长类型叫什么？为何该种群没出现“J”形增长？

第二天和第三天增长较快，第5天以后基本维持在375个(K值)左右；

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；

由于随着大草履虫数量增多，对有限的食物和空间（现实状态）的种内竞争趋于激烈，导致出生率下降，死亡率升高。当死亡率升至与出生率相等时，种群的增长就会停止，有时会稳定在一定水平。K=3751/2K种群的“S”形增长ab段：种群基数小，需适应新环境，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：环境容纳量，又称K值：一定的环境条件所能维持的种群最大数量。思考：K值是不是种群数量的最大值？同一种群的K值是固定不变的吗？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？哪些因素会影响动物种群的环境容纳量？

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；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；不是，在K值上下波动，动态平衡；会受到环境因素的影响、生物自身的遗传特性和食物、栖息场所、天敌及其他生存条件均会影响动物种群的环境容纳量。思考：请结合种群的“S”形增长曲线，分别构建“S”形增长种群的增长率和增长速率曲线模型。①增长率=(现有个数-原有个数)/原有个数＝×100％增长率＝末数－初数Nt－Nt-1Nt-1初数②增长速率：单位时间内增加的个体数量＝增长速率＝末数－初数时间Nt－Nt-1(个)t(年)Kt21/2K种群增长速率t1t0时间03种群的“S”形增长K值运用与现实生活实践应用1——野生生物的保护思考：东北豹种群数量锐减的原因是什么？保护东北豹的根本措施是什么？

野生东北豹的栖息地遭到破坏，食物和活动范围缩小，K值降低；建立自然保护区，改善其栖息环境，从而提高其环境容纳量。思考：家鼠繁殖力极强，善打洞偷吃粮食，传播疾病，危害极大。如何防治鼠害呢？实践应用2——有害生物的防治机械捕杀、药物毒杀等增大死亡率，施用避孕药、降低生殖率的激素等降低出生率，养殖家猫捕食家鼠、搞好环境卫生、硬化地面、安全储藏食物等降低环境容纳量降低有害生物的环境容纳量是防治有害生物的根本措施。K/2值运用K种群数量时间0BCDEt1t2AK/2①对资源开发与利用的措施②对有害生物防治的措施渔业资源最佳捕捞时期？1/2K时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，符合可持续发展原则。何时防治？达到1/2K前“J”形增长“S”形增长产生条件增长模型增长率和增长速率比较种群的“J”形和“S”形增长，完成下表：任务一《任务一》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理想条件。资源和空间有限、受气候变化影响、受其他生物制约。“J”形增长“S”形增长K值联系比较种群的“J”形和“S”形增长，完成下表：任务一《任务一》种群“J”形增长曲线表明生物种群具有过度繁殖潜能。种群“S”形增长是生物在自然界环境阻力作用下的必然结果。阴影表示环境阻力，两条曲线数量差表示被淘汰的个体数。环境阻力减小，K值增大；环境阻力增大，K值减小。环境阻力食物不足空间有限种内斗争天敌捕食气候不适传染病等种群数量1234567400时间/d3002001000K值无K值有K值三野牛狮群

大多数种群数量总是在波动中。种群数量波动包括规则的周期性波动（任何波动只要在两个相邻波峰间相隔的时间基本相等就可称之为周期性波动）和不规则的非周期性波动。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季节性波动年间波动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。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。蝗灾鼠灾赤潮最后一只活体长江白鳍豚“淇淇”的标本

血细胞计数板：血球计数板在显微镜下直接计数是一种常用的细胞计数法（抽样检测法），一般用于单细胞微生物数量的测定，由于血球计数板上的计数室盖上盖玻片后的容积是一定的，所以可根据在显微镜下观察到的细胞数目来计算单位体积的细胞的总数目。探究培养液中酵母菌种群数量的变化酵母菌在开始一段时间呈“J”型增长，随着时间的推移，由于资源和空间有限，呈“S”型增长，时间再延长，由于养料不足酵母菌数量会下降。作出假设探究思路提出问题培养液中酵母菌种群的数量是怎样随时间变化的？①怎样对酵母菌进行计数？②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。③要做重复实验吗？为什么？④怎样记录结果？实验数据记录表应怎样设计？实验原理对一支试管中的培养液中的酵母菌逐个计数非常困难血细胞计数板侧面观0.1mm计数室计数室边长为1mm计数室长、宽为1mm，深度0.1mm，其容积为0.1mm3，即0.1μL计数室刻有一方格网，每个方格网分九个大格，只有中央大方格为酵母菌计数区计数室作出假设探究思路实施计划分析结果得出结论提出问题制定计划表达交流进一步的探究中方格小方格25（中格）×16（小格）不管计数室是何构造，其每一大方格都是由16×25=25×16=400个小方格组成。每个大方格的容积为0.1mm3，即0.1μL。1．怎样对酵母菌进行计数?（1）血细胞计数板16（中格）×25（小格）探究1：探究•实践培养液中酵母菌种群数量的变化作出假设探究思路实施计划分析结果得出结论提出问题制定计划表达交流进一步的探究1．怎样对酵母菌进行计数?（1）血细胞计数板一般取四角的四个中方格(100个小方格)计数一般计数四个角和中央的五个中方格(80个小方格)的细胞数。计数室(大方格)规格16×25型25×16型探究1：探究•实践培养液中酵母菌种群数量的变化作出假设探究思路实施计划分析结果得出结论提出问题制定计划表达交流进一步的探究计数公式：=80×400×104×稀释倍数A1+A2+A3+A4+A51．怎样对酵母菌进行计数?（1）血细胞计数板1mL样品中酵母菌数=A1+A2+A3+A4+A580×400÷0.1mm3×稀释倍数A1、A2、A3、A4、A5分别为五个中方格中的酵母菌数。25×16型A1A2A3A4A51mm3=10-3mL探究1：探究•实践培养液中酵母菌种群数量的变化作出假设探究思路实施计划分析结果得出结论提出问题制定计划表达交流进一步的探究=100×400×104×稀释倍数A1+A2+A3+A41．怎样对酵母菌进行计数?（1）血细胞计数板16×25型A1A2A4A31mL样品中酵母菌数=A1、A2、A3、A4分别为四个中方格中的酵母菌数。A1+A2+A3+A4100×400÷0.1mm3×稀释倍数1mm3=10-3mL计数公式：探究1：探究•实践培养液中酵母菌种群数量的变化作出假设探究思路实施计划分析结果得出结论提出问题制定计划表达交流进一步的探究

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。思考1：盖盖玻片和滴加培养液，哪个步骤在前？1．怎样对酵母菌进行计数?（1）血细胞计数板探究1：探究•实践培养液中酵母菌种群数量的变化思考3：为什么要待酵母菌全部沉降到计数室底部再计数？思考2：吸取培养液之前为什么要将培养液摇匀？使菌体分散开来、混和均匀，减少实验误差。酵母菌全部沉降到计数室底部，减少实验误差。作出假设探究思路实施计划分析结果得出结论提出问题制定计划表达交流进一步的探究用无菌水稀释至每小格细胞数目为5~10个思考4：如果小方格内酵母菌过多，怎么办？稀释100倍1．怎样对酵母菌进行计数?（1）血细胞计数板探究1：探究•实践培养液中酵母菌种群数量的变化计数的包括活菌和死菌。可以用亚甲基蓝对菌体进行染色，被染成蓝色的是死菌，没有染色的是活菌。思考5：计数的酵母菌都是活的吗？作出假设探究思路实施计划分析结果得出结论提出问题制定计划表达交流进一步的探究对于压在中方格界线上的酵母菌和酵母菌芽体，应当怎样计数？1．怎样对酵母菌进行计数?（1）血细胞计数板①对于压在边线上的酵母菌应取相邻两边及顶角计数。②对于已经出芽的酵母菌，芽体达到母细胞大小一半时，即可作为两个菌体计算；已死亡的酵母菌不计数。③每个样品一般计数三次，取其平均值。(遵循平行重复原则)探究1：探究•实践培养液中酵母菌种群数量的变化作出假设探究思路实施计划分析结果得出结论提出问题制定计划表达交流进一步的探究本实验有前后对照，可以不单设对照组。如果担心培养过程中有污染，则需要单设不接种酵母菌的空白对照组。本实验需要设置重复以减少实验误差。如果全班同学所测量的酵母菌来自同一培养样品，可以取全班同学计数的平均值作为实验结果，或者每名同学计数3个或3个以上计数室求平均值。2．本实验需要设置对照和重复吗？探究1：探究•实践培养液中酵母菌种群数量的变化

全班同学分成若干组，每组计数一个培养时段。每人计数一个计数室，以小组计数平均值作该时段估值。3．如何记录和处理实验结果？0h9h12h18h15h21h6h3h作出假设探究思路实施计划分析结果得出结论提出问题制定计划表达交流进一步的探究学生姓名左上中格右上中格正中中格左下中格右下中格计数室估算值（个/0.1μL）个人记录表格培养时间学生1学生2学生3学生4学生5小组估算值（个/mL）小组统计表格全班汇总表格培养时间0h3h6h9h12h15h18h21h菌体浓度单位（109

个/mL）3.如何记录和处理实验结果？探究1：探究•实践培养液中酵母菌种群数量的变化作出假设探究思路实施计划分析结果得出结论提出问题制定计划表达交流进一步的探究吸管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入计数室内。静置数分钟，待酵母菌细胞全沉降到计数室底部，将计数板放在载物台中央，计数一个小方格内酵母菌数量。探究1：探究•实践培养液中酵母菌种群数量的变化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，在在显微镜下观察和计数，测定1mL培养液中的酵母菌个数。酵母菌培养无菌马铃薯培养液或肉汤培养液（液体培养基），无菌条件连续测定7天取样取样时，要振荡培养基，目的是使酵母菌均匀分布于培养基中观察并计数将所得数值用曲线表示出来，得出酵母菌种群个体数量变化规律汇图分析作出假设探究思路实施计划分析结果得出结论提出问题制定计划表达交流进一步的探究第1天第4天第6天第7天死亡4．连续测定7天，汇图分析死细胞多集结成团，可借助台盼蓝染色（死细胞呈蓝色）探究1：探究•实践培养液中酵母菌种群数量的变化随培养时间继续延长，培养液的环境容纳量会持续下降，酵母菌种群数量将下降。05探究：培养液中酵母菌种群数量的变化探究1：探究•实践培养液中酵母菌种群数量的变化作出假设探究思路实施计划分析结果得出结论提出问题制定计划表达交流进一步的探究进一步探究请你对影响酵母菌种群增长的因素做出推测，并设计实验进行验证提示：实验结果受到菌种、培养温度、pH、通O2量、培养液中营养物质种类及比例、培养液浓度等各种内外因素的影响，可以选择其中的一个或两个为自变量进一步探究。1．如图表示生物科技工作者对一个孤岛上的某动物种群的𝝀值(𝝀值表示种群数量是前一年种群数量的倍数)进行了13年的连续研究后绘制的变化曲线。下列分析正确的是（）A．从开始研究到第5年间该种群的种群数量先不变后下降B．第5年到第9年间该种群的增长率不变，呈“J”形增长C．第10年的𝝀值是0.5，因此第10年该种群的数量是第9年的一半D．从第11年开始该种群数量不断上升，到第13年达到K值2．如果每一个中格（一个计数室共25个中格）平均有酵母菌40个，用来计数的培养液稀释了100倍，请估算每1mL原始酵母菌培养液有酵母菌多少个？随堂练习In-classpracticeC随堂练习3．为探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化，某同学进行了如下操作：①将适量干酵母放入装有一定浓度葡萄糖溶液的锥形瓶中，在适宜条件下培养②静置一段时间后，用吸管从锥形瓶中吸取培养液③在血细胞计数板中央滴一滴培养液，盖上盖玻片④用滤纸吸除血细胞计数板边缘多余的培养液⑤将计数板放在载物台中央，待酵母菌沉降到计数室底部，在显微镜下观察、计数。其中操作正确的是（）A．①②③

B．①③④

C．②③④

D．①④⑤D40×25÷0.1×1000×100=1×109（个/mL）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。