高中生物備課課件（新教材人教版2019）選擇性必修二 1-2 種群數(shù)量的變化

§1-2種群數(shù)量的變化種群及其動(dòng)態(tài)問題探討討論我們的手上難免沾染細(xì)菌。細(xì)菌的繁殖速率很快，因而我們要經(jīng)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。1.第n代細(xì)菌數(shù)量的計(jì)算公式是什么？設(shè)細(xì)菌初始數(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Nn=N0×2n。時(shí)間/min細(xì)菌數(shù)量/個(gè)020202140226023802410032251206426分裂細(xì)菌繁殖產(chǎn)生的后代數(shù)量問題探討討論我們的手上難免沾染細(xì)菌。細(xì)菌的繁殖速率很快，因而我們要經(jīng)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。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？2216時(shí)間/min細(xì)菌數(shù)量/個(gè)020202140226023802410032251206426分裂細(xì)菌繁殖產(chǎn)生的后代數(shù)量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(shì)增長嗎？如何驗(yàn)證你的觀點(diǎn)？不會(huì)。因?yàn)榕囵B(yǎng)瓶中的營養(yǎng)物質(zhì)和空間是有限的。種群數(shù)量的變化描述、解釋和預(yù)測(cè)種群數(shù)量的變化，常常需要建立思考Thinking如何建立數(shù)學(xué)模型呢？數(shù)學(xué)模型【科學(xué)方法】建立數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型的定義數(shù)學(xué)模型是用來描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)方式。建立數(shù)學(xué)模型的步驟以“問題探討”中的素材為例【科學(xué)方法】建立數(shù)學(xué)模型細(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？在資源和生存空間沒有限制的條件下，細(xì)菌種群的增長不受種群密度增加的影響Nn=2nN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(duì)自己所建立的模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正觀察研究對(duì)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(duì)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)一步的實(shí)驗(yàn)或觀察等，對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正研究實(shí)例研究方法【科學(xué)方法】建立數(shù)學(xué)模型細(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？在資源和生存空間沒有限制的條件下，細(xì)菌種群的增長不受種群密度增加的影響Nn=2nN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(duì)自己所建立的模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正觀察研究對(duì)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(duì)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)一步的實(shí)驗(yàn)或觀察等，對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正研究實(shí)例研究方法時(shí)間/min020406080100120140160180200100200300400500600細(xì)菌數(shù)量/個(gè)【科學(xué)方法】建立數(shù)學(xué)模型時(shí)間/min細(xì)菌數(shù)量/個(gè)20406080100120140160180根據(jù)公式Nn=2n計(jì)算出一個(gè)細(xì)菌產(chǎn)生的后代在不同時(shí)間的數(shù)量，填入下表。以時(shí)間為橫坐標(biāo)，細(xì)菌數(shù)量為縱坐標(biāo)，畫出細(xì)菌種群的增長曲線。248163264128256512【科學(xué)方法】建立數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型的定義數(shù)學(xué)模型是用來描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)方式。建立數(shù)學(xué)模型的步驟以“問題探討”中的素材為例數(shù)學(xué)模型的表現(xiàn)形式公式法：圖像法：數(shù)據(jù)精確，但不能直觀地反映出種群的增長趨勢(shì)。能直觀地反映出種群的增長趨勢(shì)，但數(shù)據(jù)不精確。種群數(shù)量的變化以上得出的公式和增長曲線，只是對(duì)理想條件下的細(xì)菌數(shù)量增長的推測(cè)。思考Thinking在自然界中，種群的數(shù)量變化是怎樣的呢？【思考·討論】分析自然界種群增長的實(shí)例討論這兩個(gè)資料中的種群增長有什么共同點(diǎn)？【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(chǎng)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2】20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。種群數(shù)量增長迅猛，且呈無限增長趨勢(shì)。19371938193919401941194250010001500年份種群數(shù)量/只0某島嶼環(huán)頸雉種群數(shù)量的增長曲線【思考·討論】分析自然界種群增長的實(shí)例討論種群出現(xiàn)這種增長的原因是什么？【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(chǎng)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?！举Y料2】20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。食物充足、缺少天敵等。19371938193919401941194250010001500年份種群數(shù)量/只0某島嶼環(huán)頸雉種群數(shù)量的增長曲線【思考·討論】分析自然界種群增長的實(shí)例討論這種種群增長的趨勢(shì)能不能一直持續(xù)下去？為什么？【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(chǎng)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?！举Y料2】20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。不能。因?yàn)橘Y源和空間是有限的。19371938193919401941194250010001500年份種群數(shù)量/只0某島嶼環(huán)頸雉種群數(shù)量的增長曲線種群的“J”形增長19371938193919401941194250010001500年份種群數(shù)量/只0通過上述實(shí)例可以看出，自然界有類似細(xì)菌在理想條件下種群增長的形式，曲線則大致呈“J”形。這種類型的種群增長稱為“J”形增長右上圖中的藍(lán)色虛線即為種群“J”形增長的圖像模型種群的“J”形增長模型假設(shè)(條件)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;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。公式模型（規(guī)律）t

年后種群數(shù)量為：Nt＝N0λt其中：N0為該種群的起始數(shù)量，t為時(shí)間，Nt表示t年后該種群數(shù)量，λ表示該種群數(shù)量是一年前種群數(shù)量的倍數(shù)。種群數(shù)量的變化思考Thinking如果遇到資源、空間等方面的限制，種群還會(huì)呈“J”形增長嗎？種群數(shù)量的變化生態(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)，得出了如右圖所示的結(jié)果。時(shí)間/d種群數(shù)量/個(gè)K=375大草履蟲種群的增長曲線分析大草履蟲的數(shù)量第幾天增長較快？第幾天以后數(shù)量基本維持不變？大草履蟲的數(shù)量變化有什么特點(diǎn)？種群經(jīng)過一定時(shí)間的增長后，數(shù)量趨于穩(wěn)定，增長曲線“S”形。這種類型的種群增長稱為：“S”形增長種群的“S”形增長模型假設(shè)(條件)自然條件，即自然界的食物和空間條件有限建立模型自然界的一種生物遷入一個(gè)條件適宜的新分布地時(shí)：初始階段一般會(huì)較快增長。因資源和空間有限，種群密度增大使種內(nèi)競爭加劇，出生率降低，死亡率升高。死亡率升高至與出生率相等時(shí)，種群增長就會(huì)停止。有時(shí)會(huì)穩(wěn)定在一定的水平，即達(dá)到K值。時(shí)間/d種群數(shù)量/個(gè)KK值（環(huán)境容納量）：一定的環(huán)境條件所能維持的種群最大數(shù)量。種內(nèi)競爭對(duì)種群的數(shù)量起調(diào)節(jié)作用種群數(shù)量的變化思考Thinking同一種群的K值是不是固定不變的呢？種群數(shù)量銳減的原因：主要原因是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)變小。保護(hù)措施：建立自然保護(hù)區(qū)，給大熊貓更寬廣的生存空間，改善它們的棲息環(huán)境，從而提高環(huán)境容納量，是保護(hù)大熊貓的根本措施。以野生大熊貓為例【思考·討論】環(huán)境容納量與現(xiàn)實(shí)生活討論有人說目前全世界人口數(shù)量已經(jīng)達(dá)到地球的環(huán)境容納量，必須采取嚴(yán)格的措施控制人口出生率；有人卻認(rèn)為科技進(jìn)步能提高地球?qū)θ祟惖沫h(huán)境容納量，例如，育種和種植技術(shù)的進(jìn)步，能提高作物產(chǎn)量，從而養(yǎng)活更多人口。對(duì)此你持什么觀點(diǎn)？你有哪些證據(jù)支持你的觀點(diǎn)？提示：這道題有較大的開放性，學(xué)生可以從不同角度作出回答，要言之有據(jù)。例如，世界范圍內(nèi)存在的資源危機(jī)和能源緊缺等問題，說明地球上的人口可能已經(jīng)接近或達(dá)到環(huán)境容納量，因此應(yīng)當(dāng)控制人口增長；隨著科技進(jìn)步，農(nóng)作物產(chǎn)量不斷提高，人類開發(fā)、利用和保護(hù)資源的能力不斷加強(qiáng)，因而可以養(yǎng)活更多的人口。鼓勵(lì)學(xué)生上網(wǎng)搜集相關(guān)數(shù)據(jù)作為證據(jù)。【思考·討論】環(huán)境容納量與現(xiàn)實(shí)生活討論鼠害導(dǎo)致作物減產(chǎn)，蚊、蠅會(huì)傳播疾病。從環(huán)境容納量的角度思考，對(duì)家鼠等有害動(dòng)物的控制，應(yīng)該采取什么措施？對(duì)鼠等有害動(dòng)物的控制，可以采取器械捕殺、藥物防治等措施。從環(huán)境容納量的角度思考，還可以采取措施降低有害動(dòng)物種群的環(huán)境容納量，如將糧食和其他食物儲(chǔ)藏在安全處，斷絕或減少它們的食物來源；室內(nèi)采取硬化地面等措施，減少它們挖造巢穴的場(chǎng)所；養(yǎng)殖或釋放它們的天敵；搞好環(huán)境衛(wèi)生；等等。種群數(shù)量的波動(dòng)（種群達(dá)到K值后的數(shù)量變化）一段時(shí)期內(nèi)維持?jǐn)?shù)量的相對(duì)穩(wěn)定。如某地野牛、獅的種群數(shù)量往往比較穩(wěn)定。大多數(shù)生物的種群數(shù)量總是在波動(dòng)中。如某地區(qū)東亞飛蝗種群數(shù)量在1913～1961年一直處于不規(guī)則的波動(dòng)狀態(tài)。年份某地區(qū)東亞飛蝗種群數(shù)量的波動(dòng)種群數(shù)量/相對(duì)值種群數(shù)量的波動(dòng)（種群達(dá)到K值后的數(shù)量變化）波動(dòng)狀態(tài)的種群在某些特定條件下可能出現(xiàn)種群爆發(fā)。如蝗災(zāi)、鼠災(zāi)、赤潮等。種群長久處于不利條件下（如遭遇人類亂捕濫殺和棲息地破壞），種群數(shù)量會(huì)出現(xiàn)持續(xù)性的或急劇的下降。如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)變小。當(dāng)一個(gè)種群的數(shù)量過少，種群可能會(huì)由于近親繁殖等原因而衰退、消亡。如多種鯨在遭遇人類過度捕撈后，種群數(shù)量急劇下降，有的鯨瀕臨滅絕?！咎骄俊?shí)踐】培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化提出問題培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量是怎樣隨時(shí)間變化的？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。釀酒和做面包都需要酵母菌，這些酵母菌可以用液體培養(yǎng)基（培養(yǎng)液）來培養(yǎng)。血球計(jì)數(shù)板的基本構(gòu)造血球計(jì)數(shù)板是一種專門用于計(jì)算較大單細(xì)胞微生物的一種儀器，由一塊比普通載玻片厚的特制玻片制成的。血球計(jì)數(shù)板的基本構(gòu)造玻片中有四條下凹的槽，構(gòu)成三個(gè)平臺(tái)，中間的平臺(tái)較寬；其中間又被一短橫槽隔為兩半，形成2個(gè)同樣的計(jì)數(shù)池；計(jì)數(shù)池的深度為0.10mm。血球計(jì)數(shù)板的基本構(gòu)造每個(gè)計(jì)數(shù)池畫有長、寬各3.0mm的方格，分為9個(gè)大方格；只有中間的一個(gè)大方格為計(jì)數(shù)室；這一大方格的長和寬各為1mm，深度為0.1mm，則其容積為0.1mm3。3.0mm3.0mm123456789計(jì)數(shù)室3.0mm3.0mm123456789計(jì)數(shù)室血球計(jì)數(shù)板的基本構(gòu)造計(jì)數(shù)室中央大方格又用雙線分成25個(gè)中方格；位于正中及四角5個(gè)中方格是計(jì)數(shù)區(qū)域；每個(gè)中方格用單線劃分為16個(gè)小方格。即每一大方格都是由16×25=25×16=400個(gè)小方格組成。123452345計(jì)數(shù)區(qū)域計(jì)數(shù)區(qū)域計(jì)數(shù)區(qū)域計(jì)數(shù)區(qū)域計(jì)數(shù)區(qū)域計(jì)數(shù)方法使用血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)時(shí)，先測(cè)定每個(gè)小方格中微生物的數(shù)量再換算成每毫升菌液（或每克樣品）中微生物細(xì)胞的數(shù)量。血球計(jì)數(shù)板的基本構(gòu)造計(jì)數(shù)板的型號(hào)和規(guī)格表示此計(jì)數(shù)板分25個(gè)中格蓋上蓋玻片后計(jì)數(shù)室的高表示計(jì)數(shù)室面積是1mm2，分400個(gè)小格，每小格面積是1/400mm2血球計(jì)數(shù)板上符號(hào)和數(shù)字的含義【探究·實(shí)踐】培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化討論思路1.對(duì)酵母菌計(jì)數(shù)：（1）方法：抽樣檢測(cè)（2）步驟：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(tái)的中央，計(jì)數(shù)一個(gè)小方格內(nèi)的酵母菌數(shù)量；以此為根據(jù)，估算試管試管中的酵母菌總數(shù)。蓋玻片下的培養(yǎng)液厚度為0.1mm，請(qǐng)推導(dǎo)出將一個(gè)小方格范圍內(nèi)的酵母菌數(shù)目，換算成10mL培養(yǎng)液中酵母菌總數(shù)的公式?！咎骄俊?shí)踐】培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化討論思路（3）說明：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？如果一個(gè)小方格內(nèi)酵母菌過多，難以數(shù)清，應(yīng)當(dāng)采取什么措施？對(duì)于壓