1.2 種群的數(shù)量變化課件-高二上學(xué)期生物人教版（2019）選擇性必修2

第一章種群及其動(dòng)態(tài)第2節(jié)

種群的數(shù)量變化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20min就通過分裂繁殖一代。討論1.第n代細(xì)菌數(shù)量的計(jì)算公式是什么？2.72h后，由一個(gè)細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少？3.在一個(gè)培養(yǎng)瓶中，細(xì)菌的數(shù)量會(huì)一直按照這個(gè)公式描述的趨勢增長嗎？如何驗(yàn)證你的觀點(diǎn)？時(shí)間/min細(xì)菌數(shù)量/個(gè)細(xì)菌繁殖產(chǎn)生的后代數(shù)量不會(huì)，因培養(yǎng)瓶中營養(yǎng)物質(zhì)和空間是有限的任務(wù)一、

了解構(gòu)建種群增長模型的方法——建立數(shù)學(xué)模型細(xì)菌每20min分裂一次，怎樣計(jì)算繁殖n代的數(shù)量？觀察研究對象，提出問題在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(huì)受種群密度增加的影響提出合理的假設(shè)Nt=2tN代表細(xì)菌數(shù)量，t表示第幾代根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)男问綄κ挛锏男再|(zhì)進(jìn)行表述，即建立數(shù)學(xué)模型觀察、統(tǒng)計(jì)細(xì)菌數(shù)量，對自己年建立的模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等，對模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正時(shí)間/min細(xì)菌數(shù)量/個(gè)

②種群增長曲線可以直觀地反映出種群的增長趨勢，但不夠精確。時(shí)間/min20406080100120140160180細(xì)菌數(shù)量/個(gè)248163264128256512數(shù)學(xué)模型是用來描述一個(gè)系統(tǒng)或其性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式數(shù)學(xué)公式和曲線圖是比較常見的數(shù)學(xué)模型表現(xiàn)形式自然界中存在類似的種群數(shù)量增長嗎？分析自然界種群增長的實(shí)例資料1：1859年，一位來到澳大利亞定居的英國人在他的農(nóng)場中放生了24只野兔。讓他沒有想到的是，一個(gè)世紀(jì)之后，這24只野兔的后代竟超過6億只。漫山遍野的野兔不僅與牛羊爭食牧草，還啃嚙樹皮，造成植被被破壞，導(dǎo)致水土流失。后來，人們引入了黏液瘤病毒才使野兔的數(shù)量得到短暫控制。資料220世紀(jì)30年代，人們將環(huán)頸雉引入某地一個(gè)島嶼。1937～1942年，這個(gè)種群數(shù)量的增長如右圖所示。1.這兩個(gè)資料中的種群增長有什么共同點(diǎn)?2.種群出現(xiàn)這種增長的原因是什么?種群數(shù)量增長迅猛，且呈無限增長趨勢自然界也有類似的理想條件下的種群增長形式任務(wù)二、

理解種群的“J”形增長1.條件：在食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有天敵和其他競爭物種等條件下，種群的數(shù)量每年以指數(shù)增長，第二年的數(shù)量是第一年的λ倍。2.數(shù)學(xué)模型：時(shí)間（t）0種群數(shù)量

N0表示種群起始數(shù)量，Nt表示第t年種群數(shù)量，λ表示種群數(shù)量是前年種群數(shù)量的倍數(shù)。拓展：對Nt＝N0λt

表達(dá)式中“λ”的理解：λ表示種群數(shù)量是前一年種群數(shù)量的倍數(shù)，不是增長率。項(xiàng)目種群數(shù)量變化年齡結(jié)構(gòu)λ>1

λ＝1

λ<1

增加增長型相對穩(wěn)定穩(wěn)定型減少衰退型【思考】當(dāng)λ＞1時(shí)，種群一定呈“J”形增長嗎？只有λ＞1且為定值時(shí)，種群增長才為“J”形增長。增長率=λ—1任務(wù)三、

理解種群的“S”形增長1.探究種群數(shù)量的增長模式：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(gè)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)，結(jié)果如圖所示。2.種群“S”形增長的條件種群先經(jīng)過一定時(shí)間的增長后，數(shù)量趨于穩(wěn)定，增長曲線呈“S”形。①資源和空間有限；②種內(nèi)競爭加劇③存在天敵和其他競爭的物種種群數(shù)量“S”增長的原因分析：一定的環(huán)境條件所能維持的種群最大數(shù)量稱為環(huán)境容納量，又稱K值。t0～t1：由于資源和空間條件相對充裕，種群數(shù)量增長較快。t1時(shí)：種群數(shù)量為K/2。出生率遠(yuǎn)大于死亡率，種群增長速率達(dá)到最大值。t1～t2：由于資源和空間有限，當(dāng)種群密度增大時(shí)，種內(nèi)競爭加?。ɑ蛱鞌硵?shù)量增加）種群增長速率下降。t2時(shí)：種群數(shù)量達(dá)到K值，此時(shí)出生率等于死亡率，種群增長速率為0。K值是指種群的最大數(shù)量嗎？拓展：對K值的理解：K值附近波動(dòng)K值會(huì)不會(huì)變化，如何增大K值？大熊貓棲息地遭到破壞后，由于食物的減少和活動(dòng)范圍的縮小，其K值就會(huì)變??；而建立自然保護(hù)區(qū)，擴(kuò)大生存空間，改善棲息環(huán)境，可提高環(huán)境容納量。

K值會(huì)隨著環(huán)境條件的改變而改變。不是請從環(huán)境容納量的角度，對鼠、蚊、蟲等有害動(dòng)物的防控提出指導(dǎo)意見？若使池塘中的草魚增產(chǎn)，又該如何做？（教材P10思考·討論2問）控制家鼠的具體措施：如將食物儲(chǔ)存在安全處，斷絕或減少它們的食物來源；室內(nèi)采取地面硬化，減少它們挖造巢穴的場所；養(yǎng)殖或釋放它們的天敵等。曲線名稱J型曲線S型曲線形成條件數(shù)量變化環(huán)境容納量模型無K值有K值在K值上下保持相對穩(wěn)定理想：食物和空間充裕，氣候適宜，沒有敵害等；實(shí)際：資源和空間有限，種內(nèi)斗爭加大，天敵數(shù)量增加以一定的倍數(shù)λ增長Nt=N0λt小結(jié)：比較“J”和“S”形增長曲線食物不足空間有限種內(nèi)斗爭天敵捕食氣候等兩種增長曲線的對比“J”形“S”形環(huán)境阻力（生存斗爭）淘汰的個(gè)體數(shù)任務(wù)四、

分析種群數(shù)量的變化(1)增長（“J”形、“S”形增長）(2)相對穩(wěn)定：能夠在一段時(shí)期內(nèi)維持?jǐn)?shù)量的相對穩(wěn)定。(3)波動(dòng)（規(guī)則或不規(guī)則波動(dòng)）(4)下降：當(dāng)種群長久處于不利條件下，種群數(shù)量會(huì)出現(xiàn)持續(xù)性的或急劇的下降。

對于多數(shù)生物種群來說，種群數(shù)量總是在波動(dòng)中。對某地東亞飛蝗種群數(shù)量變化情況所做的研究表明，該東亞飛蝗的種群數(shù)量在1913-1961年一直處于不規(guī)則的波動(dòng)狀態(tài)。種群的延續(xù)需要有一定的個(gè)體數(shù)量為基礎(chǔ)。當(dāng)一個(gè)種群的數(shù)量過少，種群可能會(huì)由于近親繁殖等而衰退、消亡。1實(shí)驗(yàn)原理1.用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)酵母菌，種群數(shù)量的增長受培養(yǎng)基的成分、培養(yǎng)的空間、溫度pH等因素的影響；2.在恒定容積的培養(yǎng)液中，酵母菌的數(shù)量增長到K值后，會(huì)因?yàn)闋I養(yǎng)物質(zhì)的消耗、代謝產(chǎn)物的積累、pH的改變而出現(xiàn)下降。3.采用抽樣檢測法，利用血細(xì)胞計(jì)數(shù)板可以測定封閉容器內(nèi)的酵母菌種群隨時(shí)間而發(fā)生的數(shù)量變化；2提出問題:培養(yǎng)液中酵母菌種群的數(shù)量是怎樣隨時(shí)間變化的？任務(wù)五、

探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化①配制培養(yǎng)液將10ml無菌馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液加入試管中②接種將酵母菌接入試管中的培養(yǎng)液混合均勻③培養(yǎng)將試管在28℃條件下連續(xù)培養(yǎng)④取樣、計(jì)數(shù)每天取樣使用血細(xì)胞計(jì)數(shù)板統(tǒng)計(jì)酵母菌數(shù)量⑤分析結(jié)果，得出結(jié)論將所得數(shù)據(jù)用曲線圖表示出來，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出酵母菌種群數(shù)量變化規(guī)律實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)3拓展1.血細(xì)胞計(jì)數(shù)板是一種特制玻片。在它的四條凹槽之間有三個(gè)平臺(tái)，中間的平臺(tái)較寬，被中間的一個(gè)短橫槽隔為兩半，每個(gè)半邊上刻有一個(gè)方格網(wǎng)，網(wǎng)中的一個(gè)大方格為計(jì)數(shù)室。計(jì)數(shù)室思考：計(jì)數(shù)板上數(shù)字的含義？計(jì)數(shù)室深度為0.1mm計(jì)數(shù)室邊長為1mm1個(gè)計(jì)數(shù)室的面積為1mm2，1個(gè)計(jì)數(shù)室內(nèi)有400個(gè)小方格。每個(gè)小方格的面積是1/400mm2②1/400mm2的含義①0.10mm的含義計(jì)數(shù)室的深度為0.1mm1個(gè)計(jì)數(shù)室的體積為0.1mm3計(jì)數(shù)室血細(xì)胞計(jì)數(shù)板上數(shù)字的含義拓展2.利用血細(xì)胞計(jì)數(shù)板對酵母菌計(jì)數(shù)

（1）.操作要求①先將蓋玻片放在計(jì)數(shù)室上，再將吸取的培養(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。②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(tái)的中央，觀察并統(tǒng)計(jì)。③計(jì)數(shù)一個(gè)小方格內(nèi)的酵母菌數(shù)量，再以此為根據(jù)，估算試管中的酵母菌總數(shù)。思考討論：1.從試管中取樣前，將試管輕輕振蕩幾次。這是為什么?保證各部位酵母菌的分布均勻，若沒有搖勻，從上部吸取，計(jì)數(shù)結(jié)果會(huì)偏小。2.本實(shí)驗(yàn)需要另設(shè)對照實(shí)驗(yàn)嗎?不需要，本實(shí)驗(yàn)有自身前后對照。3.如果小方格內(nèi)酵母菌過多，怎么辦？用無菌水稀釋到每小格細(xì)胞數(shù)目為約5～10個(gè)稀釋100倍4.統(tǒng)計(jì)方格中的酵母菌，壓線的酵母菌如何計(jì)數(shù)，如何判斷活菌、死菌？計(jì)上不計(jì)下，計(jì)左不計(jì)右（計(jì)相鄰兩邊及其頂角）用臺(tái)昐藍(lán)（或亞甲基藍(lán)）染色法（2）.統(tǒng)計(jì)和計(jì)算計(jì)數(shù)一個(gè)小方格內(nèi)的酵母菌數(shù)量，再以此為根據(jù)，估算試管中的酵母菌總數(shù)。1mL樣品中酵母菌數(shù)（個(gè)/mL）=一個(gè)小方格內(nèi)的酵母菌數(shù)量×400÷0.1mm3×稀釋倍數(shù)=×400×104×稀釋倍數(shù)一個(gè)小方格內(nèi)的酵母菌數(shù)量血細(xì)胞計(jì)數(shù)板是微生物計(jì)數(shù)的常用工具，蓋玻片下的培養(yǎng)液厚度為0.1mm。如圖所示是培養(yǎng)液稀釋100倍后的鏡檢結(jié)果，如果中方格內(nèi)的大腸桿菌數(shù)剛好是五點(diǎn)取樣平均數(shù)，則1mL該培養(yǎng)液中大腸桿菌的數(shù)量約為（）分析題圖可知，圖中一個(gè)樣方中大腸桿菌數(shù)為16個(gè)，因此整個(gè)計(jì)數(shù)板中大腸桿菌數(shù)＝16×25＝400個(gè)，1mL該培養(yǎng)液中大腸桿菌的數(shù)量≈400÷（1×1×0.1×10－3）×100＝4×108個(gè)，故B項(xiàng)正確。解析：A.4×109

B.4×108

C.4×107

D.4×106B拓展3.嘗試分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論：

估算出10mL培養(yǎng)液中酵母菌的初始數(shù)量，在此之后連續(xù)觀察7天，記錄下這7天的數(shù)值。第1天第4天第6天第7天死亡總趨勢：先增長，后下降。酵母菌在開始一段時(shí)間增長速度加快，但隨著時(shí)間的推移，由于資源和空間有限，將呈“S”形增長，并最終會(huì)下降至消亡。

一、概念檢測1．在自然界，種群數(shù)量的增長既是有規(guī)律的，種群及其動(dòng)態(tài)又是復(fù)雜多樣的。判斷下列相關(guān)表述是否正確。（1）將一種生物引入一個(gè)新環(huán)境中，在一定時(shí)期內(nèi)，這個(gè)生物種群就會(huì)出現(xiàn)“J”形增長。（

）（2）種群的“S”形增長只適用于草履蟲等單細(xì)胞生物。

（

）（3）由于環(huán)境容納量是有限的，種群增長到一定數(shù)量就會(huì)保持穩(wěn)定。

（

）2．對一個(gè)生物種群來說，環(huán)境容納量取決于環(huán)境條件。據(jù)此判斷下列表述正確的是

（

）A．對甲乙兩地的蝮蛇種群來說，環(huán)境容納量是相同的B．對生活在凍原的旅鼠來說，不同年份的環(huán)境容納量是不同的C．當(dāng)種群數(shù)量接近環(huán)境容納量時(shí)，死亡率會(huì)升高，出生率不變D．對生活在同一個(gè)湖泊中的鰱魚和鯉魚來說，環(huán)境容納量是相同的×××B二、拓展應(yīng)用1．種群的“J”形增長和“S”形增長，分別會(huì)在什么條件下出現(xiàn)？你能舉出教材以外的例子加以說明嗎？

在食物充足、空間廣闊、氣候適宜、沒有天敵等優(yōu)越條件下，種群可能會(huì)呈“J”形增長。例如，澳大利亞昆蟲學(xué)家曾對果園中薊馬種群進(jìn)行過長達(dá)14年的研究，發(fā)現(xiàn)在環(huán)境條件較好的年份，它們的種群數(shù)量增長迅速，表現(xiàn)出季節(jié)性的“J”形增長。

在有限的環(huán)境中(食物和空間資源有限)，如果種群的初始密度很低，種群數(shù)量可能會(huì)出現(xiàn)迅速增長，隨著種群密度的增加，種內(nèi)競爭就會(huì)加劇，因此，種群數(shù)量增加到一定程度就會(huì)停止增長，這就是“S”形增長。例如，柵列藻、小球藻等低等植物的種群增長，常常具有“S”形增長的特點(diǎn)。2．假設(shè)你承包了一個(gè)魚塘，正在因投放多少魚苗而困惑：投放后密度過大，魚競爭加劇，死亡率會(huì)升高；投放后密度過小，水體的資源和空間不能充分利用。怎樣解決這個(gè)難題呢？請查閱有關(guān)的書籍或網(wǎng)站。同樣大小的池塘，對不同種類的魚來說，環(huán)境容納量是不同的。可以根據(jù)欲養(yǎng)殖的魚的種類，查閱相關(guān)資料或請教有經(jīng)驗(yàn)的人，了解單位面積水面應(yīng)放養(yǎng)的魚的數(shù)量。例