種群數(shù)量的變化課件高中生物人教版選擇性必修二

第1章種群及其動(dòng)態(tài)第2節(jié)種群數(shù)量的變化怎樣建構(gòu)種群增長(zhǎng)的模型？種群的數(shù)量是怎樣變化的？本節(jié)聚焦12時(shí)間/min細(xì)菌數(shù)量/個(gè)020202140226023802410032251206426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(yíng)養(yǎng)和生存空間沒(méi)有限制的情況下，某種細(xì)菌每20min就通過(guò)分裂繁殖一代。討論：第n代細(xì)菌數(shù)量的計(jì)算公式是什么？72h后，由一個(gè)細(xì)菌分裂產(chǎn)生的細(xì)菌數(shù)量是多少？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(zhǎng)嗎？如何驗(yàn)證你的觀點(diǎn)？分裂

根據(jù)假設(shè)計(jì)算出1個(gè)細(xì)菌在不同時(shí)間產(chǎn)生后代的數(shù)量，記錄在自己設(shè)計(jì)的表格中。時(shí)間（min)20406080100120140160180分裂次數(shù)123456789數(shù)量（個(gè)）248163264128256512指數(shù)形式212223242526272829

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(yíng)養(yǎng)和生存空間沒(méi)有限制的情況下，某種細(xì)藺每20min就通過(guò)分裂繁殖一代。討論：1.第n代細(xì)茵數(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？

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N0x2，第n代的數(shù)量為Nn=N0×2n。細(xì)菌繁殖產(chǎn)生的后代數(shù)量2216個(gè)。

以時(shí)間為橫坐標(biāo)，細(xì)菌數(shù)量為縱坐標(biāo)，畫(huà)出細(xì)菌種群的增長(zhǎng)曲線。數(shù)學(xué)公式與曲線圖各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？第n代細(xì)菌數(shù)量的計(jì)算公式：

Nn=1×２n優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)數(shù)學(xué)公式曲線圖精確不直觀能直觀地反映變化趨勢(shì)不精確建立數(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(méi)有限制的條件下，細(xì)菌種群的增長(zhǎng)不會(huì)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(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(wèn)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(guò)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等，對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正研究方法（以“問(wèn)題探討”中的素材為例）數(shù)學(xué)模型是用來(lái)描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。數(shù)學(xué)公式和曲線圖是比較常見(jiàn)的數(shù)學(xué)模型表現(xiàn)形式。一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法Nn=2n過(guò)渡：

上述是對(duì)理想條件下細(xì)菌數(shù)量增長(zhǎng)的推測(cè)。自然界中種群數(shù)量能出現(xiàn)類似增長(zhǎng)嗎？分析自然界種群增長(zhǎng)的實(shí)例資料1

1859年，一位來(lái)到澳大利亞定居的英國(guó)人在他的農(nóng)場(chǎng)中放生了24只野兔。讓他沒(méi)有想到的是，一個(gè)世紀(jì)之后，這24只野兔的后代竟超過(guò)6億只。漫山遍野的野兔不僅與牛羊爭(zhēng)食牧草，還啃樹(shù)皮，造成植被破壞，導(dǎo)致水土流失。后來(lái)，人們引入了黏液瘤病毒才使野兔的數(shù)量得到控制。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)種群增長(zhǎng)如圖所示。1.這兩個(gè)資料中種群增長(zhǎng)有什么共同點(diǎn)?討論種群數(shù)量增長(zhǎng)迅猛，且呈無(wú)限增長(zhǎng)趨勢(shì)。2.種群出現(xiàn)這種增長(zhǎng)的原因是什么？

食物充足，缺少天敵等。3.這種種群增長(zhǎng)的趨勢(shì)能不能一直持續(xù)下去？為什么？

不能，因?yàn)橘Y源和空間是有限的。自然界中有類似細(xì)菌在理想條件下種群增長(zhǎng)的形式，如果以時(shí)間為橫坐標(biāo)，種群數(shù)量為縱坐標(biāo)畫(huà)出曲線來(lái)表示，曲線則大致呈“J”形。這種類型的種群增長(zhǎng)稱為“J”形增長(zhǎng)。過(guò)渡：

怎樣用數(shù)學(xué)公式表示“J”形增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型？二、種群的“J”型增長(zhǎng)

“J”形增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型模型假設(shè)：在食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒(méi)有天敵和其他競(jìng)爭(zhēng)物種等條件下，種群的數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長(zhǎng)，第二年的數(shù)量是第一年的λ倍。數(shù)學(xué)模型：Nt=N0λt（指數(shù)函數(shù)）各參數(shù)的意義：N0表示種群的起始數(shù)量，t為時(shí)間，Nt表示t年后種群的數(shù)量，λ表示種群數(shù)量是前一年種群數(shù)量的倍數(shù)。二、種群的“J”型增長(zhǎng)①當(dāng)λ=1時(shí)，種群數(shù)量如何變化？②當(dāng)λ＞1時(shí)，種群數(shù)量如何變化？③當(dāng)λ＜1時(shí)，種群數(shù)量如何變化？種群數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定種群數(shù)量增長(zhǎng)種群數(shù)量下降λ

現(xiàn)有個(gè)體數(shù)前一年個(gè)體數(shù)=4.對(duì)λ的理解1-4年，種群數(shù)量呈___形增長(zhǎng)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“J”增長(zhǎng)相對(duì)穩(wěn)定下降下降11-12年下降，12-13年增長(zhǎng)512現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用：據(jù)圖說(shuō)出種群數(shù)量如何變化增長(zhǎng)率增長(zhǎng)速率含義單位時(shí)間內(nèi)凈增加的個(gè)體數(shù)占原來(lái)個(gè)體數(shù)的比例單位時(shí)間內(nèi)增加的個(gè)體數(shù)量計(jì)算公式增長(zhǎng)率=（現(xiàn)有個(gè)體數(shù)-原有個(gè)體數(shù)）/種群原有個(gè)體數(shù)增長(zhǎng)速率=（現(xiàn)有個(gè)體數(shù)-原有個(gè)體數(shù)）/增長(zhǎng)時(shí)間舉例

“一個(gè)種群有1000個(gè)個(gè)體，一年后增加到1100”，則該種群的增長(zhǎng)速率為:“一個(gè)種群有1000個(gè)個(gè)體，一年后增加到1100”，則該種群的增長(zhǎng)率為:×100%=10%1100-10001000=100個(gè)/年

1100-10001年5.增長(zhǎng)率與增長(zhǎng)速率的比較①增長(zhǎng)率：增長(zhǎng)率=（現(xiàn)有個(gè)體數(shù)-原有個(gè)體數(shù)）/種群原有個(gè)體數(shù)。即：Nt-Nt-1Nt-1X100%=λNt-1-Nt-1Nt-1X100%=λ-1注:“J”型增長(zhǎng)曲線的特點(diǎn)之一是增長(zhǎng)率恒定不變，為λ-1增長(zhǎng)率時(shí)間λ-1②增長(zhǎng)速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)增加的個(gè)體數(shù)量。即：dNdt=Nt-Nt-11=λNt-1-Nt-11=Nt-1（λ-1）=（λ-1）N0

λt-1增長(zhǎng)速率時(shí)間（λ-1）N0λt-1注:“J”型增長(zhǎng)曲線的特點(diǎn)之二是增長(zhǎng)速率也呈指數(shù)增長(zhǎng)曲線，實(shí)質(zhì)就是“J”型曲線的斜率。時(shí)間種群數(shù)量1、條件：食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒(méi)有天敵和其他競(jìng)爭(zhēng)物種等。2、發(fā)生時(shí)期：新物種遷入的開(kāi)始階段、實(shí)驗(yàn)條件下4、特點(diǎn)：種群數(shù)量連續(xù)增長(zhǎng)，增長(zhǎng)率保持不變（入-1）。增長(zhǎng)速率呈指數(shù)函數(shù)增長(zhǎng)（“J”型曲線的斜率）。3、種群J型增長(zhǎng)方式的數(shù)學(xué)模型是：

Nt=N0入t小結(jié)：種群的“J”型增長(zhǎng)過(guò)渡：如果遇到資源、空間等方面的限制，種群還會(huì)呈“J”形增長(zhǎng)嗎？生態(tài)學(xué)家高斯的實(shí)驗(yàn)：在0.5mL培養(yǎng)液中放入5個(gè)大草履蟲(chóng)，每隔24h統(tǒng)計(jì)一次大草履蟲(chóng)的數(shù)量。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下圖所示。

三、種群的“S”型增長(zhǎng)種群經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的增長(zhǎng)后，數(shù)量趨于穩(wěn)定，增長(zhǎng)曲線呈“S”形。這種類型的種群增長(zhǎng)稱為“S”形增長(zhǎng)。0.5mL培養(yǎng)液中放入5個(gè)大草履蟲(chóng)，每24小時(shí)進(jìn)行進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)間/d種群數(shù)量/個(gè)K=375三、種群的“S”型增長(zhǎng)在自然界，當(dāng)一種生物進(jìn)入一個(gè)條件適宜的新分布地時(shí)，初始階段會(huì)出現(xiàn)較快增長(zhǎng)，但資源和空間總是有限的。當(dāng)種群密度增大時(shí)，種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)加劇，這就導(dǎo)致種群的出生率降低，死亡率升高。當(dāng)出生率升高至與出生率相等時(shí)，種群增長(zhǎng)就會(huì)停止，種群數(shù)量有可能穩(wěn)定在一定水平，我們把這一水平稱為K。“S”形增長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型模型假設(shè)：隨著種群數(shù)量的增加，它們對(duì)食物和空間的競(jìng)爭(zhēng)也趨于激烈，導(dǎo)致出生率降低，死亡率升高，當(dāng)出生率等于死亡率時(shí)，種群增長(zhǎng)停滯，可能穩(wěn)定在一定水平。數(shù)學(xué)模型：（公式略）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。時(shí)間/d種群數(shù)量/個(gè)K=375三、種群的“S”型增長(zhǎng)ab段：bc段：c點(diǎn)：cd段：de段：種群基數(shù)小，需要適應(yīng)新環(huán)境，增長(zhǎng)較緩慢；資源和空間豐富，出生率升高，種群數(shù)量增長(zhǎng)迅速；資源和空間有限，種群密度增大，種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)加劇，出生率降低，死亡率升高，種群增長(zhǎng)減緩；出生率約等于死亡率，種群增長(zhǎng)速率幾乎為0，種群數(shù)量達(dá)到K值，且維持相對(duì)穩(wěn)定。種群數(shù)量為K/2，種群增長(zhǎng)速率達(dá)到最大；4.曲線圖分析:K/2

t0t1t2

時(shí)間種群數(shù)量Kabcde

t0

t1

t2

時(shí)間

0K/2K數(shù)量增長(zhǎng)速率fgh時(shí)間0增長(zhǎng)率或“S”型曲線圖增長(zhǎng)速率增長(zhǎng)率5.增長(zhǎng)率和增長(zhǎng)速率:②在環(huán)境不遭受破壞的情況下,

種群數(shù)量會(huì)在

上下波動(dòng)。當(dāng)種群數(shù)量偏離K值的時(shí)候,會(huì)通過(guò)

調(diào)節(jié)使種群數(shù)量回到K值。①同一種生物的K值不是固定不變的:K值會(huì)隨著環(huán)境的改變而發(fā)生變化,當(dāng)環(huán)境遭受破壞時(shí)，K值變化是_____；當(dāng)環(huán)境條件狀況改善時(shí),K值會(huì)_____。負(fù)反饋下降上升K值附近6.對(duì)K值的理解:7.K值與K/2值在實(shí)踐中的應(yīng)用:①對(duì)野生生物資源和瀕危物種的保護(hù):建立自然保護(hù)區(qū)：提高環(huán)境容納量K/2

t0t1t2

時(shí)間種群數(shù)量Kabcde②對(duì)生物資源的合理利用:漁業(yè)捕撈應(yīng)在

;K/2以后捕撈后魚(yú)的種群數(shù)量維持在

。K/2③對(duì)有害生物防治:降低環(huán)境容納量;在

捕殺。K/2前時(shí)間種群數(shù)量“S”形增長(zhǎng)“J”形增長(zhǎng)說(shuō)明：理論上，S形增長(zhǎng)初始階段就受到資源空間的限制作用。但在大多數(shù)實(shí)例中，我們認(rèn)為開(kāi)始階段并沒(méi)有受到限制。未實(shí)現(xiàn)的增長(zhǎng)小結(jié)1.“S”型曲線與其增長(zhǎng)速率、增長(zhǎng)率的關(guān)系2.“J”型曲線與其增長(zhǎng)速率、增長(zhǎng)率的關(guān)系在“S”型曲線中，種群增長(zhǎng)速率先增大后減小，

增長(zhǎng)率逐漸減小。在“J”型曲線中，種群增長(zhǎng)速率逐漸增大，

增長(zhǎng)率保持不變。②但對(duì)于大多數(shù)生物的種群來(lái)說(shuō)，種群數(shù)量總是在波動(dòng)中。處在波動(dòng)狀態(tài)的種群，在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。

東亞飛蝗種群數(shù)量的波動(dòng)③當(dāng)種群長(zhǎng)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。①在自然界，有的種群能夠在一段時(shí)間內(nèi)維持?jǐn)?shù)量的相對(duì)穩(wěn)定。④當(dāng)一個(gè)種群數(shù)量過(guò)少，種群可能會(huì)由于近親繁殖等原因而衰退、消亡。四、種群數(shù)量的波動(dòng)

作出假設(shè)

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

分析結(jié)果

得出結(jié)論

表達(dá)交流探究?實(shí)踐：培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化

提出問(wèn)題培養(yǎng)液中酵母菌的數(shù)量是怎樣隨時(shí)間變化的?酵母菌在開(kāi)始一段時(shí)間呈“J”型增長(zhǎng)，隨著時(shí)間的推移，由于資源和空間有限，呈“S”型增長(zhǎng)，時(shí)間再延長(zhǎng)，由于養(yǎng)料不足酵母菌數(shù)量會(huì)下降。

作出假設(shè)

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

分析結(jié)果

得出結(jié)論

表達(dá)交流探究?實(shí)踐：培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化

提出問(wèn)題配制酵母菌培養(yǎng)液接種酵母菌到培養(yǎng)液中培養(yǎng)計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)分析得出結(jié)論1.材料用具：酵母菌菌種,無(wú)菌馬鈴薯培養(yǎng)液或者肉湯培養(yǎng)液，血細(xì)胞計(jì)數(shù)板，顯微鏡等

作出假設(shè)

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

分析結(jié)果

得出結(jié)論

表達(dá)交流

提出問(wèn)題2.血細(xì)胞計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)室血細(xì)胞計(jì)數(shù)板是一種專門(mén)用于計(jì)算較大單細(xì)胞微生物的一種儀器。計(jì)數(shù)時(shí)，常采用抽樣檢測(cè)法。計(jì)數(shù)室深度為0.1mm計(jì)數(shù)室邊長(zhǎng)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

作出假設(shè)

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

分析結(jié)果

得出結(jié)論

表達(dá)交流

提出問(wèn)題2.血細(xì)胞計(jì)數(shù)板

作出假設(shè)

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

分析結(jié)果

得出結(jié)論

表達(dá)交流

提出問(wèn)題2.血細(xì)胞計(jì)數(shù)板血細(xì)胞計(jì)數(shù)板側(cè)面觀

作出假設(shè)

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

分析結(jié)果

得出結(jié)論

提出問(wèn)題2.血細(xì)胞計(jì)數(shù)板

表達(dá)交流中方格小方格方格網(wǎng)上刻有9個(gè)大方格，其中只有中間的一個(gè)大方格為計(jì)數(shù)室，供微生物計(jì)數(shù)用。計(jì)數(shù)公式：1mL樣品中酵母菌數(shù)=A1+A2+A3+A4+A580×400×104×稀釋倍數(shù)1mm3=10-3mL0.1mm3=10-4mL=80×400×104×稀釋倍數(shù)A1+A2+A3+A4+A5規(guī)格一：25（中方格）×16型A1A2A3A4A5

作出假設(shè)

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

分析結(jié)果

得出結(jié)論

提出問(wèn)題

表達(dá)交流A1、A2、A3、A4、A5分別為五個(gè)中方格中的酵母菌數(shù)。計(jì)數(shù)公式：1mL樣品中酵母菌數(shù)=A1+A2+A3+A4+A5100×400×104×稀釋倍數(shù)=100×400×104×稀釋倍數(shù)A1+A2+A3+A4+A5

作出假設(shè)

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

分析結(jié)果

得出結(jié)論

提出問(wèn)題

表達(dá)交流規(guī)格二：16（中方格）×25型A1A2A4A3A1、A2、A3、A4、分別為四個(gè)中方格中的酵母菌數(shù)。1mm3=10-3mL0.1mm3=10-4mL先蓋蓋玻片，再將培養(yǎng)液滴加于蓋玻片邊緣，讓培養(yǎng)液自行滲入。多余培養(yǎng)液用濾紙吸去。

作出假設(shè)

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

分析結(jié)果

得出結(jié)論

表達(dá)交流

提出問(wèn)題3.怎樣對(duì)酵母菌進(jìn)行計(jì)數(shù)稍待片刻，待酵母菌全部沉降到計(jì)數(shù)室底部；

作出假設(shè)

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

分析結(jié)果

得出結(jié)論

表達(dá)交流

提出問(wèn)題4.設(shè)計(jì)表格，記錄重復(fù)組3組實(shí)驗(yàn)的平均值連續(xù)觀察7天，記錄每天的數(shù)值（1）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？

振蕩的目的：使培養(yǎng)液中酵母菌分布均勻,以減少誤差。另外，取樣時(shí)間需一致，且應(yīng)做到隨機(jī)取樣（每天同一時(shí)間取樣，或者每隔相同一段時(shí)間取樣。）（2）如果一個(gè)小方格內(nèi)酵母菌數(shù)量過(guò)多，難以數(shù)清，應(yīng)當(dāng)采取什么措施？稀釋適當(dāng)倍數(shù)（3）對(duì)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”的原則注意：課堂小結(jié)一、概念檢測(cè)1.在自然界，種群數(shù)量的增長(zhǎng)既是有規(guī)律的，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