种群数量的变化-高二生物上册精讲课件（人教版2019选择性必修2）

第2节

种群数量的变化第1章种群及其动态选修二建构种群增长模型的方法1种群的“J”形增长2目录种群的“S”形增长3培养液中酵母菌种群数量的变化5种群数量的波动4习题检测61.通过探究培养液中酵母菌种群数量的变化等活动，尝试建立数学模型表征和解释种群的数量变化。2.举例说明种群的“J”形增长、“S”形增长、波动等数量变化情况。一、学习目标二、重点1.建构种群增长模型的方法。建构种群增长的数学模型。三、难点3.阐明环境容纳量原理在实践中的应用。2.种群的“J”形增长和“S”形增长。建构种群增长模型的方法1问题探讨我们手上难免沾染细菌。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就通过二分裂繁殖一代。1.细菌的生殖方式是怎样的？2.计算一个细菌产生的后代在不同时间的数量，并填入下表。二分裂时间（min)020406080100120140160180分裂次数0数量（个）1问题探讨时间(min)020406080100120140160180分裂次数0123456789数量（个）12481632641282565123.第n代细菌数量的计算公式是什么？72h后数量是多少？2216Nn=1✖2n4.根据表格，画出细菌种群的增长曲线。问题探讨5.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？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。Nn=1✖2n建构种群增长模型的方法1一、种群增长模型的研究方法1.

建立数学模型2.数学模型的表现形式Nn=1✖2n用来描述一个系统或它的性质的数学形式。优局限性数学公式曲线图精确不够直观能直观地反映变化趋势不够精确3.建构数学模型的意义描述、解释和预测种群数量的变化。二、建立数学模型步骤研究实例研究方法细菌每20min分裂一次，怎样计算繁殖n代的数量？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=2nN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种群的“J”形增长2种群的“J”形增长2资料11859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。资料220世纪30年代，人们将环颈雉引入某地一个岛屿。

1937-1942年，这个种群增长如右图。种群的“J”形增长21.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。3.这种种群增长的趋势能不能一直持续下去？为什么？2.种群出现这种增长的原因是什么？食物充足、缺少天敌等。不能。因为资源和空间是有限的。4.野兔和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。种群的“J”形增长2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。*注意：该曲线的起点不是原点。一、模型假设理想状态食物充足，空间不限，气候适宜，没有敌害等。种群的“J”形增长2二、种群“J”形增长的数学模型公式Nt=N0

λt1.公式：t——时间Nt——表示t年后该种群的数量

N0——起始数量λ——每一代种群数量是前一代的倍数2.曲线式：时间(t)种群数量Nt种群数量曲线随条件改变起点3.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时。种群的“J”形增长2福寿螺，瓶螺科瓶螺属软体动物，原产于南美洲亚马逊河流域，1981年作为食用螺引入中国，因其适应性强，繁殖迅速，食量大且食物种类繁多能破坏粮食作物、蔬菜和水生农作物的生长，成为危害巨大的外来入侵物种。培养大肠杆菌的培养基种群的“J”形增长2三、λ值的生物学意义项目种群数量变化年龄结构λ>1

λ＝1

λ<1

λ＝0增加增长型相对稳定稳定型减少衰退型【思考】当λ＞1时，种群一定呈“J”形增长吗？种群无繁殖，下一代将灭亡只有λ＞1且为定值时，种群增长才为“J”形增长。λ=1.1λ=1.2λ=0.8λ=1.0种群数量时间0Nt=N0

λt种群的“J”形增长2四、增长率单位数量的个体在单位时间内新增加的个体数。增长率=（现有个体数-原有个体数）/种群原有个体数时间（t）种群数量种群数量曲线NtN0增长率曲线时间增长率Nt=N0

λt＝×100％Nt－Nt-1Nt-1增长率＝末数－初数初数＝λ-1增长特点种群的增长率是一定的，种群数量没有上限。种群的“J”形增长2五、增长速率单位时间内新增加的个体数量增长速率=（现有个体数-原有个体数）/增长时间时间（t）种群数量种群数量曲线NtN0Nt=N0

λt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)t(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习题巩固1.一个种群有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年习题巩固1-4年，种群数量__________4-5年，种群数量__________5-9年，种群数量__________9-10年，种群数量_______10-11年，种群数量_____________11-13年，种群数量_____________________前9年，种群数量第_______年最高9-13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年下降，12-13年增长5122.据图说出种群数量如何变化习题巩固3.温州某地乌鸦连续10年的种群数量变化情况如图所示(λ表示该种群数量是一年前种群数量的倍数)，下列分析正确的是(

)A．第6年以前乌鸦种群数量呈“S”

形曲线增长

B．第5年和第7年的乌鸦种群数量相同

C．第3年的乌鸦种群增长速率最大

D．第3年的乌鸦种群数量最大D种群的“J”形增长21.理想条件：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条件下。2.发生时期：新物种迁入的开始阶段、实验条件下。3.种群J形增长方式的数学模型是：

Nt=N0

λt4.特点：种群数量连续增长；增长率保持不变（λ-1）；增长速率呈指数函数增长（“J”形曲线的斜率）。如果遇到资源、空间等方面的限制，种群还会呈“J”形增长吗？种群的“S”形增长3种群的“S”形增长3把5个大草履虫置于0.5mL的培养液中，每隔24小时统计一次数据，经过反复实验，结果如下：时间（天）0123456种群数量（个）5201373193693753651.为什么大草履虫种群没有出现“J”形增长？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。2.这种类型的种群增长称为什么？种群的“S”形增长K=375种群数量时间0大草履虫种群的增长曲线种群的“S”形增长3一、“S”形增长含义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资源和空间有限种群密度增大时种内竞争加剧出生率降低出生率＝死亡率时，种群稳定在一定的水平死亡率升高三、适用对象一般自然种群的增长二、形成原因产生条件：资源和空间有限，种内竞争加剧等。（即存在环境阻力）四、环境容纳量

一定环境条件所能

的种群最大数量称为

，又称

。维持环境容纳量K值①同一种群的K值不是固定不变的，会受到环境的影响。②同一环境，不同种群的K值不同。特点

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的环境容纳量。K值并不是种群数量的最大值，种群所达到的最大值会超过K值，但这个值存在的时间很短，因为环境已遭到破坏。K种群数量时间0t1t2五、“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；资源和空间丰富，出生率升高，种群数量增长迅速；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；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。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/2①

对应的种群增长速率为0，数量最大，为K值。E点C点S型曲线增长速率曲线增长速率时间ABCDEt1t2②

对应的种群增长速率最大，为K/2值。S型曲线增长率曲线增长率0t1t2时间KK/2K种群数量时间0BCDEt1t2AK/2六、增长率和增长速率出生率或死亡率时间t0t1t2出生率死亡率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；①t0时，种群数量N0，种群增长速率为0；种群的“S”形增长3出生率或死亡率时间t0t1t2出生率死亡率K/2KK种群数量时间t0t1t2K/2K/2增长速率时间t0t1t2K③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；种群的“S”形增长3出生率或死亡率时间t0t1t2出生率死亡率K/2KK种群数量时间t0t1t2K/2K/2增长速率时间t0t1t2K种群的“S”形增长3⑤t2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。K值的表示方法和K值的变化K/2增长速率时间t0t1t2K出生率或死亡率时间t0t1t2出生率死亡率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。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？场景1K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”七、K值与K/2值在实践中的应用怎样做才能最有效的灭鼠？场景2K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七、K值与K/2值在实践中的应用怎样做才是保护大熊猫的根本措施？场景3K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。七、K值与K/2值在实践中的应用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值处七、K值与K/2值在实践中的应用环境阻力下图体现了种群“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:按自然选择学说，它就是在生存斗争中被淘汰的个体数量。环境阻力的不同01002003004001234567时间/天大草履虫数环境阻力K值:环境容纳量J形曲线S形曲线种群数量的变化

S形曲线的开始部分并非J形曲线。J形曲线从始至终都保持指数式增长，其增长率不变而增长速率持续增加。而S形曲线从始至终具有环境阻力，其增长率持续减小，而增长率先增加后减少。所以，绝不能认为S形曲线的开始部分是J形曲线。课堂小结习题巩固思考讨论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。习题巩固1.观察下图，分析下列相关叙述中，错误的是(

)A.种群呈现“J”形增长的前提条件是环境、资源

非常优越，生存空间无限B.呈现“S”形增长的种群，随着时间的推移，

种群增长所受的环境阻力不断加大C.种群增长的“J”形曲线有K值，只是K值较大，

图中没有表示出来D.在自然界中，种群的增长曲线一般是“S”形曲线C习题巩固2.生物有两种繁殖策略模式：速度策略(r－策略)和环境容纳量策略(K－策略)。采取r－策略的生物通常是一些小型生物如果蝇、鼠等，适应食物或温度这些波动因素。下列说法不正确的是（

）A.r－策略的生物能在短时间内产生较多的后代，

以便在特定的环境中占据优势B.r－策略的种群常受到非生物因素的控制，

其种群数量通常不能维持在K值附近C.只要将沙漠蝗虫的数量控制在K/2之内，

就能有效地控制近期危害非洲的蝗灾D.虎属于K－策略的生物，

其有效保护措施是改善它们的栖息环境以提高K值C习题巩固3.易错辨析(1)环境容纳量是指种群的最大数量(

)(2)不同种生物种群的K值各不相同，但同种生物种群的K值固定

不变(

)(3)种群“J”形增长曲线中的增长率和增长速率均恒定不变(

)(4)种群数量的变化就是种群数量的增长和波动(

)(5)为有效防治蝗灾，应在种群数量为K/2时及时控制种群密度(

)(6)在“S”形增长曲线中，当种群数量超过K/2后，种群增长速率

减慢，其对应的年龄结构为衰退型(

)××××××习题巩固4.某实验小组探究培养液中草履虫的种群数量变化，实验结果统计

如下表：时间（天）1234567891011数量（只/mL)364157129146153168191232225224则该培养液中草履虫种群的环境容纳量（K值）是（）A.232B.225C.224D.227D种群数量的波动4种群数量的波动4一、种群数量的变化1.种群数量的波动东亚飞蝗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。对于大多数生物种群来说，种群数量总是在波动中。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、种群数量的变化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。东亚飞蝗在我国的大发生没有周期性规律，干旱是大发生的主要原因。在黄河三角洲上的湿生草地，若遇到连年干旱，土壤中的蝗卵成活率就会提高，这是造成蝗虫大发生的主要原因。在淮河流域，前一年大涝，第二年飞蝗大发生的概率最大。故河北蝗区常出现“先涝后旱，蚂蚱成片”，“大水之后，必闹蝗灾”的情况。一、种群数量的变化3.种群数量的下降①当种群长久处于不利条件下，种群数量会出现持续性的或急剧的下降。如遭遇人类乱捕滥杀和栖息地破坏。②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。人类活动对自然界种群变化的影响越来越大，甚至成为了决定性因素。一、种群数量的变化4.研究意义（1）有利于野生生物资源的合理利用及保护。

（2）对有害动物的防治。（3）有利于对濒危动物种群的拯救和恢复。培养液中酵母菌种群数量的变化5培养液中酵母菌种群数量的变化5一、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二、实验原理

酵母菌是单细胞

生物，进行出芽生殖和有性生殖，属于

呼吸型生物，生长周期短，增殖速度快，可以用含糖的

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。真核兼性液体培养液三、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？四、作出假设培养液中的酵母菌数量一开始呈“J”形增长；随着时间的推移，

酵母菌数量呈“

”形增长。S五、实验设计（1）变量分析：自变量：

；因变量：

；

无关变量

等。时间酵母菌数量培养液的体积酵母菌数量时间0（2）材料用具

酵母菌菌种、无菌马铃薯培养液或者肉汤培养液或肉汤培养液、无菌水、试管、血球计数板、滴管、显微镜等。六、设计思路以时间为自变量，以酵母菌种群数量为因变量。对培养液中的酵母菌数量进行定时检测并记录。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七、实验关键怎样进行酵母菌的计数？计数工具——血球计数板抽样检测法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。血球计数板计数板正面方格网计数室计数板侧面每块计数板由H形凹槽分为2个同样的计数区。每个计数区分为9个大方格。血球计数板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血球计数板25×16型A1A2A3A4A51mm1个计数室的面积为1mm2，1个计数室内有400个小方格。每个小方格的面积是1/400mm2①

1/400mm2的含义②

0.10mm的含义计数室的深度为0.1mm计数板侧面每个计数室（大方格）共有400小格，总容积为0.1mm3。血球计数板A1A2A3A4A51mL=103mm3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×稀释倍数血球计数板规格二：16×25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型八、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。观察并计数九、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十、实验注意事项及误差分析1.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？

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。2.待酵母菌全部沉降到计数室底部再计数。

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。3.从试管中吸出培养液进行计数前要振荡试管生物目的是？使培养液中酵母菌分布均匀。十、实验注意事项及误差分析6.每个样品应计数三次，取平均值有什么好处？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。可先对样品进行适当稀释后，再重新制片，观察计数。减少误差，使实验数据更加准确。4.对于压在小方格边线上的酵母菌应该如何计数？5.若一个小方格中酵母菌数量过多，难以观察清楚应该如何处理？十、实验注意事项及误差分析7.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。8.本探究需要做重复实验吗?需要。对每个样品取样3次，求平均值。十一、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）。十一、实验结果连续观察7天，记录每天的数值。记录结果可设计成下面的记录表：时间次数

1234567123平均重复组十一、实验结果01234567时间/天种群数量数学模型出生率>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？

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。十二、实验结论培养液中酵母菌种群数量的变化5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无菌肉汤培养液，塞上棉塞。2、用高压锅进行高压蒸汽灭菌后冷却至室温，标记A、B。3、将酵母菌母液分别加入试管各5ml，摇匀后用血球计数板计数起始

酵母菌个数，做好记录。4、将两试管分别送进4℃的冰箱冷藏箱和27℃的恒温箱，培养7天。温度对酵母菌种群数量增长有影响试管编号培养液/mL无菌水/mL酵母菌母液/mL温度（℃）A10—0.14B10—0.127时间/d0200040006000800010000120007654321酵母菌数量/万个·mL-1