人教版新教材選擇性必修二 12 種群數(shù)量的變化課件

第2節(jié)種群數(shù)量的變化第2節(jié)種群數(shù)量的變化1問題探討

我們的手上難免沾染細(xì)菌。細(xì)菌的繁殖速率很快，因而我們要常洗手。假設(shè)在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某種細(xì)菌每20min就通過分裂繁殖一次。1.第n代細(xì)菌數(shù)量的計(jì)算公式是什么？設(shè)細(xì)菌的初始數(shù)量為N0；第一次分裂產(chǎn)生的細(xì)菌為第一代，數(shù)量為N0×2；第n代的數(shù)量為N0×2n；2.72h后，由一個細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少？22163.在一個培養(yǎng)瓶中，細(xì)菌的數(shù)量會一直按照這個公式描述的趨勢增長嗎？不會，因?yàn)榕囵B(yǎng)瓶中的營養(yǎng)物質(zhì)和空間是有限的72*60/20=216問題探討我們的手上難免沾染細(xì)菌。細(xì)菌的繁殖速率很快，因而2

如果資源和生存空間沒有限制，那么1個細(xì)菌繁殖n代之后的數(shù)量是多少？你能否建立細(xì)菌種群數(shù)量變化的數(shù)學(xué)模型？由此，可得Nn=___2n時間（min)20406080100120140160180分裂次數(shù)123456789數(shù)量（個）248163264128216512指數(shù)形式212223242526272829能否繪制成曲線圖呢？如果資源和生存空間沒有限制，那么1個細(xì)菌繁殖n代之后的數(shù)3研究實(shí)例—以“問題探討”素材為例細(xì)菌每20min分裂一次，怎樣計(jì)算細(xì)菌繁殖n代后的數(shù)量？資源和生存空間沒有限制的條件下，細(xì)菌種群的增長不會受種群密度增加的影響Nn=2n或繪制曲線圖N代表細(xì)菌數(shù)量，n表示第幾代觀察、統(tǒng)計(jì)細(xì)菌數(shù)量，對自己所建立的模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正觀察研究對象，提出問題提出合理的假設(shè)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)，即建立數(shù)學(xué)模型通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等，對模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正研究方法研究實(shí)例—以“問題探討”素材為例細(xì)菌每20min分裂一次，怎4用來描述一個____或它的____的_________；1.數(shù)學(xué)模型概念2.建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的方法（步驟）系統(tǒng)①觀察研究對象，提出問題性質(zhì)數(shù)學(xué)形式②提出合理的假設(shè)③根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)，即建立數(shù)學(xué)模型④通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等，對模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正3.數(shù)學(xué)模型的種類①數(shù)學(xué)公式模型，如Nn=2n②曲線圖模型一、建構(gòu)種群增長模型的方法用來描述一個____或它的____的_________；1.5思考：數(shù)學(xué)公式和曲線圖各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)數(shù)學(xué)公式曲線圖Nn=2n精確不直觀能直觀地反映變化趨勢不精確

以上數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)假設(shè)是理想條件（資源和生存空間沒有限制），在自然界中，有沒有這種類型的增長呢？思考：數(shù)學(xué)公式和曲線圖各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)數(shù)學(xué)公式曲線圖61.種群數(shù)量增長迅猛，且呈無限增長趨勢；2.食物充足、缺少天敵；3.不能，因?yàn)橘Y源和空間是有限的。1.種群數(shù)量增長迅猛，且呈無限增長趨勢；2.食物充足、缺少天7

由以上實(shí)例可得，自然界有類似細(xì)菌在理想條件下種群增長的形式，如果以時間為橫坐標(biāo)，種群數(shù)量為縱坐標(biāo)，畫出曲線來，曲線則大致呈“J”形，這種類型的種群增長稱為“J”形增長。由以上實(shí)例可得，自然界有類似細(xì)菌在理想條件下種群增長的形81.模型假設(shè)（1）條件：____________________________________________________________________（2）數(shù)量變化：____________________________________________________________

食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害（即無環(huán)境阻力）種群的數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長，第二年的數(shù)量是第一年的λ倍**注意，J形增長的λ為定值；若λ不為定值，則說明種群數(shù)量變化非J形增長；思考：哪些情況下可能出現(xiàn)這種條件？實(shí)驗(yàn)室條件下、遷移入新環(huán)境（如物種入侵）思考：生物遷入新環(huán)境一定會出現(xiàn)J形增長嗎？不一定二、種群的“J”形增長1.模型假設(shè)（1）條件：__________________92.建立模型（1）數(shù)學(xué)公式

t年后種群的數(shù)量為______________；參數(shù)含義：

N0為______________；

t為______；

Nt表示________________；

λ表示_____________________________；（2）曲線圖Nt=N0λt該種群的起始數(shù)量時間t年后該種群的數(shù)量該種群數(shù)量是前一年種群數(shù)量的倍數(shù)*注意：該曲線的起點(diǎn)不是原點(diǎn)；2.建立模型（1）數(shù)學(xué)公式Nt=N0λt該種群的起始數(shù)量時間10思考：J形曲線對應(yīng)的增長速率圖像應(yīng)該怎么畫？“J”形曲線J形曲線的增長速率逐漸增大增長速率：單位時間內(nèi)新增加的個體數(shù)，即增長速率=一定時間內(nèi)新增加的個體數(shù)/時間。思考：J形曲線對應(yīng)的增長速率圖像應(yīng)該怎么畫？“J”形曲線J形11種群“J”型增長實(shí)例

鳳眼蓮（俗稱水葫蘆）原產(chǎn)于南美，1901年作為花卉引入中國。由于繁殖迅速，又幾乎沒有競爭對手和天敵，我國目前有184萬噸。它對其生活的水面采取了野蠻的封鎖策略，擋住陽光，導(dǎo)致水下植物得不到足夠光照而死亡。種群“J”型增長實(shí)例鳳眼蓮（俗稱水葫蘆）原產(chǎn)于南美，1912思考：λ的大小與種群數(shù)量變化、年齡結(jié)構(gòu)的關(guān)系種群數(shù)量減少，年齡結(jié)構(gòu)為衰退型。不一定；只有λ＞1且為定值時，種群增長才為“J”形增長；當(dāng)λ＞1時，種群一定呈“J”形增長嗎？當(dāng)0<λ<1時，種群數(shù)量維持穩(wěn)定，年齡結(jié)構(gòu)為穩(wěn)定型。當(dāng)λ=1時，種群數(shù)量增加，年齡結(jié)構(gòu)為增長型。當(dāng)λ>1時，思考：λ的大小與種群數(shù)量變化、年齡結(jié)構(gòu)的關(guān)系種群數(shù)量減少13現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用：據(jù)圖說出種群數(shù)量如何變化1-4年，種群數(shù)量_______________4-5年，種群數(shù)量_______________5-9年，種群數(shù)量_______________9-10年，種群數(shù)量______________10-11年，種群數(shù)量_____________11-13年，種群數(shù)量_____________前9年，種群數(shù)量第_______年最高9-13年，種群數(shù)量第______年最低呈“J”形增長增長相對穩(wěn)定下降下降11-12下降，12-13增長512現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用：據(jù)圖說出種群數(shù)量如何變化呈“J”形增長增長相對穩(wěn)定14

如果遇到資源、空間等方面的限制，種群還會呈“J”形增長嗎？如何驗(yàn)證？不會生態(tài)學(xué)家高斯曾經(jīng)做過單獨(dú)培養(yǎng)大草履蟲的實(shí)驗(yàn)：在0.5ml培養(yǎng)液中放入5個大草履蟲，然后每隔24h統(tǒng)計(jì)一次大草履蟲的數(shù)量。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，得出了下圖所示的結(jié)果：

如果遇到資源、空間等方面的限制，種群還會呈“J”形增長嗎15

從圖中可以看出，大草履蟲的數(shù)量在第二天和第三天增長較快，第五天以后基本維持在375個左右

像這樣，種群經(jīng)過一定時間的增長后，數(shù)量__________，增長曲線呈_____形，這種類型的種群增長稱為“S”形增長趨于穩(wěn)定“S”從圖中可以看出，大草履蟲的數(shù)量在第二天和第三天增長較快，161.模型假設(shè)

條件：____________________________________________________________________

資源和空間有限，天敵的制約等（即存在環(huán)境阻力）2.建立模型

一定環(huán)境條件所能_____的種群最大數(shù)量稱為___________，又稱____維持環(huán)境容納量K值三、種群的“S”形增長1.模型假設(shè)條件：___________________17思考：自然條件下，為什么種群增長到K值左右便會趨于穩(wěn)定？自然條件下，資源和空間總是有限的；當(dāng)種群密度增大時，種內(nèi)競爭就會加劇，這就會使種群的出生率降低，死亡率升高。當(dāng)死亡率升高至與出生率相等時，種群的增長就會停止，有時會穩(wěn)定在一定的水平（K值）。種內(nèi)競爭對種群數(shù)量起調(diào)節(jié)作用。思考：自然條件下，為什么種群增長到K值左右便會趨于穩(wěn)定？自然183.曲線圖分析ab段：bc段：cd段：de段：種群基數(shù)小，需要適應(yīng)新環(huán)境，增長較緩慢資源和空間豐富，出生率升高，種群數(shù)量增長迅速資源和空間有限，種群密度增大，種內(nèi)競爭加劇，出生率降低，死亡率升高，種群增長減緩出生率等于死亡率，種群增長速率為0，故種群達(dá)到K值，且維持相對穩(wěn)定3.曲線圖分析ab段：種群基數(shù)小，需要適應(yīng)新環(huán)境，增長較緩慢19思考：S形曲線對應(yīng)的增長速率圖像應(yīng)該怎么畫？S形曲線的增長速率先變大，在種群數(shù)量為K/2時達(dá)到最大，后逐漸減小，直至為零（K值）*種群數(shù)量曲線不能從原點(diǎn)出發(fā)，增長速率曲線可以從原點(diǎn)出發(fā)；“S”形曲線思考：S形曲線對應(yīng)的增長速率圖像應(yīng)該怎么畫？S形曲線的增長速20思考：1.種群數(shù)量到達(dá)K值后就不再變化了嗎？2.K值是不是種群數(shù)量的最大值？3.同一種群的K值是固定不變的嗎？在K值上下波動，動態(tài)平衡不是；K值是種群在一定環(huán)境條件下所能維持的種群最大數(shù)量不是；食物減少和活動范圍縮小等不利條件下，K值會變??；食物充足和生存空間擴(kuò)大等有利條件下，K值會增大；思考：在K值上下波動，動態(tài)平衡不是；不是；214.K值和1/2K值的應(yīng)用（1）野生生物的保護(hù)

建立自然保護(hù)區(qū)，提供更寬廣的生存空間，改善它們的棲息環(huán)境，減小環(huán)境阻力，從而提高環(huán)境容納量，是保護(hù)它們的根本措施；4.K值和1/2K值的應(yīng)用（1）野生生物的保護(hù)建立自然保22①從環(huán)境容納量考慮：②從1/2K值考慮：（2）有害生物的防治增大環(huán)境阻力，降低環(huán)境容納量；

在種群增長剛開始（達(dá)到K/2之前）的時候就進(jìn)行防治；（絕對不能讓種群數(shù)量增長到1/2K值）例如可利用將食物儲藏在安全處，斷絕或減少食物來源，養(yǎng)殖或釋放天敵等措施來降低老鼠的環(huán)境容納量；①從環(huán)境容納量考慮：（2）有害生物的防治增大環(huán)境阻力，降低環(huán)23（3）資源的合理利用

捕魚時，在剛超過1/2K時開始捕撈；

要使被捕種群的剩余量維持在1/2K附近；

目的*：以持續(xù)獲得最大的捕撈量（3）資源的合理利用捕魚時，在剛超過1/2K時開始捕撈；24現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用：若下圖表示對瀕危動物和有害動物作出措施后，種群數(shù)量的不同變化：AB___圖為瀕危動物，具體做法為_____________；___圖為有害動物，具體做法為_____________；A提高環(huán)境容納量B降低環(huán)境容納量現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用：若下圖表示對瀕危動物和有害動物作出措施后，種群數(shù)量25現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用：假設(shè)某草原上散養(yǎng)的某種家畜種群呈“S”形增長，該種群的增長速率隨種群數(shù)量的變化趨勢如圖所示：

若要持續(xù)盡可能多地收獲該種家畜，則應(yīng)在種群數(shù)量合適時開始捕獲，應(yīng)為____點(diǎn)對應(yīng)的種群數(shù)量丁現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用：假設(shè)某草原上散養(yǎng)的某種家畜種群呈“S”形增長，該種26現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用：右圖為魚塘中魚的數(shù)量增長曲線，為了使魚塘的總產(chǎn)量達(dá)到最大值，應(yīng)該做到適時捕撈。下列做法中正確的是A．超過T4時捕撈，使剩余量保持在KB．超過T3時捕撈，使剩余量保持在3K/4C．超過T2時捕撈，使剩余量保持在K/2D．超過T4時捕撈，使剩余量保持在K/4C現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用：右圖為魚塘中魚的數(shù)量增長曲線，為了使魚塘的總產(chǎn)量達(dá)27四、種群的“S”形增長和“J”形增長比較四、種群的“S”形增長和“J”形增長比較28“J”形增長“S”形增長條件模型增長速率有無K值增長倍數(shù)食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害（即無環(huán)境阻力）資源和空間有限，天敵的制約等（即存在環(huán)境阻力）Nt=N0λt增長速率逐漸增大S形曲線的增長速率先變大，在種群數(shù)量為K/2時達(dá)到最大，后逐漸減小，直至為零（K值）無有λ為大于1的定值增長倍數(shù)大于1，不是定值“J”形增長“S”形增長條件模型增長速率有無K值增長倍數(shù)食物29思考：1.圖中陰影部分表示什么？2.環(huán)境阻力如何用自然選擇學(xué)說內(nèi)容解釋？3.“S”形曲線中，有一段時期近似于“J”形曲線，這一段是否等同于“J”形曲線？為什么？環(huán)境阻力生存斗爭中被淘汰的個體數(shù)不等同；已經(jīng)存在環(huán)境阻力；思考：環(huán)境阻力生存斗爭中被淘汰的個體數(shù)不等同；30自然界中種群的數(shù)量一定會穩(wěn)定在K值附近嗎？

對于大多數(shù)生物的種群來說，種群數(shù)量總是在波動中；自然界中種群的數(shù)量一定會穩(wěn)定在K值附近嗎？對于大多數(shù)生物31種群波動的影響（1）處于波動中的種群，在某些特定條件下可能出現(xiàn)________；如_____、_____、______等就是種群數(shù)量爆發(fā)增長的結(jié)果種群爆發(fā)蝗災(zāi)鼠災(zāi)赤潮五、種群的波動種群波動的影響（1）處于波動中的種群，在某些特定條件下可能出32（2）當(dāng)種群長期處于不利條件下，種群數(shù)量會出現(xiàn)______或_____的_____；如遭遇人類亂捕濫殺和棲息地破壞；種群的延續(xù)需要有______________為基礎(chǔ)；當(dāng)一個種群的數(shù)量過少，種群可能會由于________等原因而____、_____；持續(xù)性急劇下降一定的個體數(shù)量近親繁殖衰退消亡*對于那些已經(jīng)____________________________的物種，需要采取有效的措施進(jìn)行保護(hù)；低于種群延續(xù)所需要的最小種群數(shù)量（2）當(dāng)種群長期處于不利條件下，種群數(shù)量會出現(xiàn)______或33

釀酒、制作面包都要用到酵母菌；那么如何估算酵母菌種群數(shù)量的變化？釀酒、制作面包都要用到酵母菌；341.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

初步學(xué)會酵母菌等微生物的計(jì)數(shù)及種群數(shù)量變化曲線的繪制；2.實(shí)驗(yàn)原理

用液體培養(yǎng)基（培養(yǎng)液）培養(yǎng)酵母菌，種群的增長受培養(yǎng)液的成分、空間、pH、溫度等因素的影響；3.提出問題培養(yǎng)液中酵母菌種群的數(shù)量是怎樣隨時間變化的？4.材料用具酵母菌、無菌馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液、試管、血細(xì)胞計(jì)數(shù)板、滴管、顯微鏡等六、探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康某醪綄W(xué)會酵母菌等微生物的計(jì)數(shù)及種群數(shù)量變化曲355.討論思路（1）血細(xì)胞計(jì)數(shù)板構(gòu)造計(jì)數(shù)室1mm大方格的長和寬各為1mm，深度為0.1mm，即1mm×1mm×0.1mm，其容積為0.1mm3；5.討論思路（1）血細(xì)胞計(jì)數(shù)板構(gòu)造計(jì)數(shù)室1mm大方格的長和寬36計(jì)數(shù)室通常有兩種規(guī)格：16×25型：即大方格內(nèi)分為16中格，每一中格又分為25小格25×16型：即大方格內(nèi)分為25中格，每一中格又分為16小格不管計(jì)數(shù)室是哪一種構(gòu)造，其每一大方格都是由16×25=25×16=400個小方格組成計(jì)數(shù)室通常有兩種規(guī)格：37兩種不同計(jì)數(shù)室的取樣方法不同兩種不同計(jì)數(shù)室的取樣方法不同38（2）怎樣對酵母菌進(jìn)行計(jì)數(shù)？

可以采用抽樣檢測的方法：

先將蓋玻片放在血細(xì)胞計(jì)數(shù)板的計(jì)數(shù)室上，用吸管吸取培養(yǎng)液，滴于蓋玻片邊緣，讓培養(yǎng)液自行滲入。多余的培養(yǎng)液用濾紙吸去。稍待片刻，待酵母菌全部沉降到計(jì)數(shù)室底部；將計(jì)數(shù)板放在載物臺的中央；

計(jì)數(shù)一個小方格內(nèi)的酵母菌數(shù)量，在以此為根據(jù)估算酵母菌數(shù)量（2）怎樣對酵母菌進(jìn)行計(jì)數(shù)？可以采用抽樣檢測的方法：39（3）怎么計(jì)算酵母及數(shù)量？

假設(shè)小方格酵母菌數(shù)量的平均值是A個，稀釋倍數(shù)為B,求每毫升培養(yǎng)液中酵母菌的數(shù)量：大方格中酵母菌數(shù)量=A×400×10×1000×B說明：大方格體積=0.1立方毫米，每個大方格共分為25個中方格，共有25×16=400個小方格（3）怎么計(jì)算酵母及數(shù)量？假設(shè)小方格酵母菌數(shù)量的平均值是40現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用：通常用血球計(jì)數(shù)板對培養(yǎng)液中酵母菌進(jìn)行計(jì)數(shù)，若計(jì)數(shù)室為1mm×1mm×0.1mm方格，由400個小方格組成。若多次重復(fù)計(jì)數(shù)后，算得每個小方格中平均有5個酵母菌，則10mL該培養(yǎng)液中酵母菌總數(shù)有______個2×108現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用：2×10841（4）從試管中吸出培養(yǎng)液進(jìn)行計(jì)數(shù)之前,建議你將試管輕輕振蕩幾次這是為什么？使培養(yǎng)液中酵母菌分布均勻,以減少誤差（5）如果一個小方格內(nèi)酵母菌數(shù)量過多，難以數(shù)清，應(yīng)當(dāng)采取什么措施稀釋適當(dāng)倍數(shù)（6）對于壓在小方格界線上的酵母菌應(yīng)當(dāng)怎樣計(jì)數(shù)?只計(jì)相鄰兩邊及其頂角上的酵母菌,一般遵循“計(jì)上不計(jì)下,計(jì)左不計(jì)右”的原則（4）從試管中吸出培養(yǎng)液進(jìn)行計(jì)數(shù)之前,建議你將試管輕輕振蕩幾42（7）本實(shí)驗(yàn)需要設(shè)置對照嗎?不需要對照,實(shí)驗(yàn)前后互為對照（8）需要做重復(fù)實(shí)驗(yàn)嗎?需要重復(fù)實(shí)驗(yàn),以提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性;對每個樣品可計(jì)數(shù)三次，再取平均值（9）怎么分辨死亡細(xì)胞和有活性的細(xì)胞？死亡細(xì)胞多集結(jié)成團(tuán)；可以借助臺盼藍(lán)染色（死亡細(xì)胞呈藍(lán)色）（7）本實(shí)驗(yàn)需要設(shè)置對照嗎?不需要對照,實(shí)驗(yàn)前后互為對照（8436.實(shí)施計(jì)劃首先通過顯微鏡觀察，估算出10mL培養(yǎng)液中酵母菌的初始數(shù)量（N0），在此之后連續(xù)觀察7天，分布記錄下這7天的數(shù)值第1天第4天第6天第7天死亡6.實(shí)施計(jì)劃首先通過顯微鏡觀察，估算出10mL培養(yǎng)液中酵447.分析結(jié)果，得出結(jié)論7.分析結(jié)果，得出結(jié)論45實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在適宜條件下

，酵母菌種群呈“S”形增長；種群的增長速率是：先增加后減少，在K/2時增長速率最大實(shí)驗(yàn)結(jié)論：46試管編號培養(yǎng)液/mL無菌水/mL酵母菌母液/mL溫度（℃）A10—0.128B10—0.15C—100.128時間/d0200040006000800010000120007654321酵母菌數(shù)量/萬個·mL-1ACB8.進(jìn)一步探究：溫度或者營養(yǎng)物質(zhì)對酵母菌數(shù)量的影響試管編號培養(yǎng)液/mL無菌水/mL酵母菌母液/mL溫度（℃）A479.注意事項(xiàng)（1）取樣時間需一致，且應(yīng)做到隨機(jī)取樣（每天同一時間取樣，或者每隔相同一段時間取樣；（2）抽取樣液之前，需要振蕩，使酵母菌均勻分布，若直接從靜置的菌液上層中吸取，所測數(shù)值可能偏小，因?yàn)榻湍妇鷷两翟谄康祝唬?）若保持培養(yǎng)條件，酵母菌種群數(shù)量不會一直保持穩(wěn)定，將會下降，因?yàn)闋I養(yǎng)物質(zhì)減少、代謝廢物增多、空間有限、pH降低等；（4）血細(xì)胞計(jì)數(shù)板使用完畢后，用水沖洗干凈或浸泡在酒精溶液中，切勿用硬物洗刷或抹擦，以免損壞網(wǎng)格刻度9.注意事項(xiàng)（1）取樣時間需一致，且應(yīng)做到隨機(jī)取樣（每天同一481.概念2.曲線圖增長率=一定時間內(nèi)增長的數(shù)量前一年數(shù)量出生個數(shù)-死亡個數(shù)前一年數(shù)量出生率-死亡率=現(xiàn)有個體-前一年數(shù)量前一年數(shù)量===現(xiàn)有個體前一年數(shù)量-前一年數(shù)量前一年數(shù)量=λ-1J形增長的增長率S形增長的增長率七、補(bǔ)充內(nèi)容——增長率（了解）1.概念2.曲線圖增長率=49第2節(jié)種群數(shù)量的變化第2節(jié)種群數(shù)量的變化50問題探討

我們的手上難免沾染細(xì)菌。細(xì)菌的繁殖速率很快，因而我們要常洗手。假設(shè)在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某種細(xì)菌每20min就通過分裂繁殖一次。1.第n代細(xì)菌數(shù)量的計(jì)算公式是什么？設(shè)細(xì)菌的初始數(shù)量為N0；第一次分裂產(chǎn)生的細(xì)菌為第一代，數(shù)量為N0×2；第n代的數(shù)量為N0×2n；2.72h后，由一個細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少？22163.在一個培養(yǎng)瓶中，細(xì)菌的數(shù)量會一直按照這個公式描述的趨勢增長嗎？不會，因?yàn)榕囵B(yǎng)瓶中的營養(yǎng)物質(zhì)和空間是有限的72*60/20=216問題探討我們的手上難免沾染細(xì)菌。細(xì)菌的繁殖速率很快，因而51

如果資源和生存空間沒有限制，那么1個細(xì)菌繁殖n代之后的數(shù)量是多少？你能否建立細(xì)菌種群數(shù)量變化的數(shù)學(xué)模型？由此，可得Nn=___2n時間（min)20406080100120140160180分裂次數(shù)123456789數(shù)量（個）248163264128216512指數(shù)形式212223242526272829能否繪制成曲線圖呢？如果資源和生存空間沒有限制，那么1個細(xì)菌繁殖n代之后的數(shù)52研究實(shí)例—以“問題探討”素材為例細(xì)菌每20min分裂一次，怎樣計(jì)算細(xì)菌繁殖n代后的數(shù)量？資源和生存空間沒有限制的條件下，細(xì)菌種群的增長不會受種群密度增加的影響Nn=2n或繪制曲線圖N代表細(xì)菌數(shù)量，n表示第幾代觀察、統(tǒng)計(jì)細(xì)菌數(shù)量，對自己所建立的模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正觀察研究對象，提出問題提出合理的假設(shè)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)，即建立數(shù)學(xué)模型通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等，對模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正研究方法研究實(shí)例—以“問題探討”素材為例細(xì)菌每20min分裂一次，怎53用來描述一個____或它的____的_________；1.數(shù)學(xué)模型概念2.建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的方法（步驟）系統(tǒng)①觀察研究對象，提出問題性質(zhì)數(shù)學(xué)形式②提出合理的假設(shè)③根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)，即建立數(shù)學(xué)模型④通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等，對模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正3.數(shù)學(xué)模型的種類①數(shù)學(xué)公式模型，如Nn=2n②曲線圖模型一、建構(gòu)種群增長模型的方法用來描述一個____或它的____的_________；1.54思考：數(shù)學(xué)公式和曲線圖各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)數(shù)學(xué)公式曲線圖Nn=2n精確不直觀能直觀地反映變化趨勢不精確

以上數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)假設(shè)是理想條件（資源和生存空間沒有限制），在自然界中，有沒有這種類型的增長呢？思考：數(shù)學(xué)公式和曲線圖各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)數(shù)學(xué)公式曲線圖551.種群數(shù)量增長迅猛，且呈無限增長趨勢；2.食物充足、缺少天敵；3.不能，因?yàn)橘Y源和空間是有限的。1.種群數(shù)量增長迅猛，且呈無限增長趨勢；2.食物充足、缺少天56

由以上實(shí)例可得，自然界有類似細(xì)菌在理想條件下種群增長的形式，如果以時間為橫坐標(biāo)，種群數(shù)量為縱坐標(biāo)，畫出曲線來，曲線則大致呈“J”形，這種類型的種群增長稱為“J”形增長。由以上實(shí)例可得，自然界有類似細(xì)菌在理想條件下種群增長的形571.模型假設(shè)（1）條件：____________________________________________________________________（2）數(shù)量變化：____________________________________________________________

食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害（即無環(huán)境阻力）種群的數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長，第二年的數(shù)量是第一年的λ倍**注意，J形增長的λ為定值；若λ不為定值，則說明種群數(shù)量變化非J形增長；思考：哪些情況下可能出現(xiàn)這種條件？實(shí)驗(yàn)室條件下、遷移入新環(huán)境（如物種入侵）思考：生物遷入新環(huán)境一定會出現(xiàn)J形增長嗎？不一定二、種群的“J”形增長1.模型假設(shè)（1）條件：__________________582.建立模型（1）數(shù)學(xué)公式

t年后種群的數(shù)量為______________；參數(shù)含義：

N0為______________；

t為______；

Nt表示________________；

λ表示_____________________________；（2）曲線圖Nt=N0λt該種群的起始數(shù)量時間t年后該種群的數(shù)量該種群數(shù)量是前一年種群數(shù)量的倍數(shù)*注意：該曲線的起點(diǎn)不是原點(diǎn)；2.建立模型（1）數(shù)學(xué)公式Nt=N0λt該種群的起始數(shù)量時間59思考：J形曲線對應(yīng)的增長速率圖像應(yīng)該怎么畫？“J”形曲線J形曲線的增長速率逐漸增大增長速率：單位時間內(nèi)新增加的個體數(shù)，即增長速率=一定時間內(nèi)新增加的個體數(shù)/時間。思考：J形曲線對應(yīng)的增長速率圖像應(yīng)該怎么畫？“J”形曲線J形60種群“J”型增長實(shí)例

鳳眼蓮（俗稱水葫蘆）原產(chǎn)于南美，1901年作為花卉引入中國。由于繁殖迅速，又幾乎沒有競爭對手和天敵，我國目前有184萬噸。它對其生活的水面采取了野蠻的封鎖策略，擋住陽光，導(dǎo)致水下植物得不到足夠光照而死亡。種群“J”型增長實(shí)例鳳眼蓮（俗稱水葫蘆）原產(chǎn)于南美，1961思考：λ的大小與種群數(shù)量變化、年齡結(jié)構(gòu)的關(guān)系種群數(shù)量減少，年齡結(jié)構(gòu)為衰退型。不一定；只有λ＞1且為定值時，種群增長才為“J”形增長；當(dāng)λ＞1時，種群一定呈“J”形增長嗎？當(dāng)0<λ<1時，種群數(shù)量維持穩(wěn)定，年齡結(jié)構(gòu)為穩(wěn)定型。當(dāng)λ=1時，種群數(shù)量增加，年齡結(jié)構(gòu)為增長型。當(dāng)λ>1時，思考：λ的大小與種群數(shù)量變化、年齡結(jié)構(gòu)的關(guān)系種群數(shù)量減少62現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用：據(jù)圖說出種群數(shù)量如何變化1-4年，種群數(shù)量_______________4-5年，種群數(shù)量_______________5-9年，種群數(shù)量_______________9-10年，種群數(shù)量______________10-11年，種群數(shù)量_____________11-13年，種群數(shù)量_____________前9年，種群數(shù)量第_______年最高9-13年，種群數(shù)量第______年最低呈“J”形增長增長相對穩(wěn)定下降下降11-12下降，12-13增長512現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用：據(jù)圖說出種群數(shù)量如何變化呈“J”形增長增長相對穩(wěn)定63

如果遇到資源、空間等方面的限制，種群還會呈“J”形增長嗎？如何驗(yàn)證？不會生態(tài)學(xué)家高斯曾經(jīng)做過單獨(dú)培養(yǎng)大草履蟲的實(shí)驗(yàn)：在0.5ml培養(yǎng)液中放入5個大草履蟲，然后每隔24h統(tǒng)計(jì)一次大草履蟲的數(shù)量。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，得出了下圖所示的結(jié)果：

如果遇到資源、空間等方面的限制，種群還會呈“J”形增長嗎64

從圖中可以看出，大草履蟲的數(shù)量在第二天和第三天增長較快，第五天以后基本維持在375個左右

像這樣，種群經(jīng)過一定時間的增長后，數(shù)量__________，增長曲線呈_____形，這種類型的種群增長稱為“S”形增長趨于穩(wěn)定“S”從圖中可以看出，大草履蟲的數(shù)量在第二天和第三天增長較快，651.模型假設(shè)

條件：____________________________________________________________________

資源和空間有限，天敵的制約等（即存在環(huán)境阻力）2.建立模型

一定環(huán)境條件所能_____的種群最大數(shù)量稱為___________，又稱____維持環(huán)境容納量K值三、種群的“S”形增長1.模型假設(shè)條件：___________________66思考：自然條件下，為什么種群增長到K值左右便會趨于穩(wěn)定？自然條件下，資源和空間總是有限的；當(dāng)種群密度增大時，種內(nèi)競爭就會加劇，這就會使種群的出生率降低，死亡率升高。當(dāng)死亡率升高至與出生率相等時，種群的增長就會停止，有時會穩(wěn)定在一定的水平（K值）。種內(nèi)競爭對種群數(shù)量起調(diào)節(jié)作用。思考：自然條件下，為什么種群增長到K值左右便會趨于穩(wěn)定？自然673.曲線圖分析ab段：bc段：cd段：de段：種群基數(shù)小，需要適應(yīng)新環(huán)境，增長較緩慢資源和空間豐富，出生率升高，種群數(shù)量增長迅速資源和空間有限，種群密度增大，種內(nèi)競爭加劇，出生率降低，死亡率升高，種群增長減緩出生率等于死亡率，種群增長速率為0，故種群達(dá)到K值，且維持相對穩(wěn)定3.曲線圖分析ab段：種群基數(shù)小，需要適應(yīng)新環(huán)境，增長較緩慢68思考：S形曲線對應(yīng)的增長速率圖像應(yīng)該怎么畫？S形曲線的增長速率先變大，在種群數(shù)量為K/2時達(dá)到最大，后逐漸減小，直至為零（K值）*種群數(shù)量曲線不能從原點(diǎn)出發(fā)，增長速率曲線可以從原點(diǎn)出發(fā)；“S”形曲線思考：S形曲線對應(yīng)的增長速率圖像應(yīng)該怎么畫？S形曲線的增長速69思考：1.種群數(shù)量到達(dá)K值后就不再變化了嗎？2.K值是不是種群數(shù)量的最大值？3.同一種群的K值是固定不變的嗎？在K值上下波動，動態(tài)平衡不是；K值是種群在一定環(huán)境條件下所能維持的種群最大數(shù)量不是；食物減少和活動范圍縮小等不利條件下，K值會變??；食物充足和生存空間擴(kuò)大等有利條件下，K值會增大；思考：在K值上下波動，動態(tài)平衡不是；不是；704.K值和1/2K值的應(yīng)用（1）野生生物的保護(hù)

建立自然保護(hù)區(qū)，提供更寬廣的生存空間，改善它們的棲息環(huán)境，減小環(huán)境阻力，從而提高環(huán)境容納量，是保護(hù)它們的根本措施；4.K值和1/2K值的應(yīng)用（1）野生生物的保護(hù)建立自然保71①從環(huán)境容納量考慮：②從1/2K值考慮：（2）有害生物的防治增大環(huán)境阻力，降低環(huán)境容納量；

在種群增長剛開始（達(dá)到K/2之前）的時候就進(jìn)行防治；（絕對不能讓種群數(shù)量增長到1/2K值）例如可利用將食物儲藏在安全處，斷絕或減少食物來源，養(yǎng)殖或釋放天敵等措施來降低老鼠的環(huán)境容納量；①從環(huán)境容納量考慮：（2）有害生物的防治增大環(huán)境阻力，降低環(huán)72（3）資源的合理利用

捕魚時，在剛超過1/2K時開始捕撈；

要使被捕種群的剩余量維持在1/2K附近；

目的*：以持續(xù)獲得最大的捕撈量（3）資源的合理利用捕魚時，在剛超過1/2K時開始捕撈；73現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用：若下圖表示對瀕危動物和有害動物作出措施后，種群數(shù)量的不同變化：AB___圖為瀕危動物，具體做法為_____________；___圖為有害動物，具體做法為_____________；A提高環(huán)境容納量B降低環(huán)境容納量現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用：若下圖表示對瀕危動物和有害動物作出措施后，種群數(shù)量74現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用：假設(shè)某草原上散養(yǎng)的某種家畜種群呈“S”形增長，該種群的增長速率隨種群數(shù)量的變化趨勢如圖所示：

若要持續(xù)盡可能多地收獲該種家畜，則應(yīng)在種群數(shù)量合適時開始捕獲，應(yīng)為____點(diǎn)對應(yīng)的種群數(shù)量丁現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用：假設(shè)某草原上散養(yǎng)的某種家畜種群呈“S”形增長，該種75現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用：右圖為魚塘中魚的數(shù)量增長曲線，為了使魚塘的總產(chǎn)量達(dá)到最大值，應(yīng)該做到適時捕撈。下列做法中正確的是A．超過T4時捕撈，使剩余量保持在KB．超過T3時捕撈，使剩余量保持在3K/4C．超過T2時捕撈，使剩余量保持在K/2D．超過T4時捕撈，使剩余量保持在K/4C現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用：右圖為魚塘中魚的數(shù)量增長曲線，為了使魚塘的總產(chǎn)量達(dá)76四、種群的“S”形增長和“J”形增長比較四、種群的“S”形增長和“J”形增長比較77“J”形增長“S”形增長條件模型增長速率有無K值增長倍數(shù)食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害（即無環(huán)境阻力）資源和空間有限，天敵的制約等（即存在環(huán)境阻力）Nt=N0λt增長速率逐漸增大S形曲線的增長速率先變大，在種群數(shù)量為K/2時達(dá)到最大，后逐漸減小，直至為零（K值）無有λ為大于1的定值增長倍數(shù)大于1，不是定值“J”形增長“S”形增長條件模型增長速率有無K值增長倍數(shù)食物78思考：1.圖中陰影部分表示什么？2.環(huán)境阻力如何用自然選擇學(xué)說內(nèi)容解釋？3.“S”形曲線中，有一段時期近似于“J”形曲線，這一段是否等同于“J”形曲線？為什么？環(huán)境阻力生存斗爭中被淘汰的個體數(shù)不等同；已經(jīng)存在環(huán)境阻力；思考：環(huán)境阻力生存斗爭中被淘汰的個體數(shù)不等同；79自然界中種群的數(shù)量一定會穩(wěn)定在K值附近嗎？

對于大多數(shù)生物的種群來說，種群數(shù)量總是在波動中；自然界中種群的數(shù)量一定會穩(wěn)定在K值附近嗎？對于大多數(shù)生物80種群波動的影響（1）處于波動中的種群，在某些特定條件下可能出現(xiàn)________；如_____、_____、______等就是種群數(shù)量爆發(fā)增長的結(jié)果種群爆發(fā)蝗災(zāi)鼠災(zāi)赤潮五、種群的波動種群波動的影響（1）處于波動中的種群，在某些特定條件下可能出81（2）當(dāng)種群長期處于不利條件下，種群數(shù)量會出現(xiàn)______或_____的_____；如遭遇人類亂捕濫殺和棲息地破壞；種群的延續(xù)需要有______________為基礎(chǔ)；當(dāng)一個種群的數(shù)量過少，種群可能會由于________等原因而____、_____；持續(xù)性急劇下降一定的個體數(shù)量近親繁殖衰退消亡*對于那些已經(jīng)____________________________的物種，需要采取有效的措施進(jìn)行保護(hù)；低于種群延續(xù)所需要的最小種群數(shù)量（2）當(dāng)種群長期處于不利條件下，種群數(shù)量會出現(xiàn)______或82

釀酒、制作面包都要用到酵母菌；那么如何估算酵母菌種群數(shù)量的變化？釀酒、制作面包都要用到酵母菌；831.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

初步學(xué)會酵母菌等微生物的計(jì)數(shù)及種群數(shù)量變化曲線的繪制；2.實(shí)驗(yàn)原理

用液體培養(yǎng)基（培養(yǎng)液）培養(yǎng)酵母菌，種群的增長受培養(yǎng)液的成分、空間、pH、溫度等因素的影響；3.提出問題培養(yǎng)液中酵母菌種群的數(shù)量是怎樣隨時間變化的？4.材料用具酵母菌、無菌馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液、試管、血細(xì)胞計(jì)數(shù)板、滴管、顯微鏡等六、探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康某醪綄W(xué)會酵母菌等微生物的計(jì)數(shù)及種群數(shù)量變化曲845.討論思路（1）血細(xì)胞計(jì)數(shù)板構(gòu)造計(jì)數(shù)室1mm大方格的長和寬各為1mm，深度為0.1mm，即1mm×1mm×0.1mm，其容積為0.1mm3；5.討論思路（1）血細(xì)胞計(jì)數(shù)板構(gòu)造計(jì)數(shù)室1mm大方格的長和寬85計(jì)數(shù)室通常有兩種規(guī)格：16×25型：即大方格內(nèi)分為16中格，每一中格又分為25小格25×16型：即大方格內(nèi)分為25中格，每一中格又分為16小格不管計(jì)數(shù)室是哪一種構(gòu)造，其每一大方格都是由16×25=25×16=400個小方格組成計(jì)數(shù)室通常有兩種規(guī)格：86兩種不同計(jì)數(shù)室的取樣方法不同兩種不同計(jì)數(shù)室的取樣方法不同87（2）怎樣對酵母菌進(jìn)行計(jì)數(shù)？

可以采用抽樣檢測的方法：

先將蓋玻片放在血細(xì)胞計(jì)數(shù)板的計(jì)數(shù)室上，用吸管吸取培養(yǎng)液，滴于蓋玻片邊緣，讓培養(yǎng)液自行滲入。多余的培養(yǎng)液用濾紙吸去。稍待片刻，待酵母菌全部沉降到計(jì)數(shù)室底部；將計(jì)數(shù)板放在載物臺的中央；

計(jì)數(shù)一個小方格內(nèi)的酵母菌數(shù)量，在以此為根據(jù)估算酵母菌數(shù)量（2）怎樣對酵母菌進(jìn)行計(jì)數(shù)？可以采用抽樣檢測的方法：8