高中生物《第四章_第二節(jié)_種群數量的變化》課件1_新人教版必修3

1、外界環(huán)境外界環(huán)境性別比例性別比例出生率、死亡率出生率、死亡率遷入率、遷出率遷入率、遷出率年齡組成年齡組成決定密度大小決定密度大小種群密度種群密度預測變化方向預測變化方向影響數量變動影響數量變動中國水利網中國水利網寧波、昆明、武漢等地，人躺寧波、昆明、武漢等地，人躺在鋪滿在鋪滿水葫蘆水葫蘆的湖面上，可以不沉；上海去年的湖面上，可以不沉；上海去年3 3萬噸的水葫蘆打撈量，今年已翻了萬噸的水葫蘆打撈量，今年已翻了3 3倍有余，上倍有余，上升至升至1010萬噸；水葫蘆所帶來的水體萬噸；水葫蘆所帶來的水體富營養(yǎng)化富營養(yǎng)化，讓越來越多的水中生物痛失讓越來越多的水中生物痛失“家園家園”。國家地理國家地理在幾

2、百年前，在幾百年前，金絲猴金絲猴在許多地區(qū)在許多地區(qū)廣泛分布，人口的增加和山林的破壞使金絲猴廣泛分布，人口的增加和山林的破壞使金絲猴的分布區(qū)越來越小?，F在，黔金絲猴的數量只的分布區(qū)越來越小?，F在，黔金絲猴的數量只有有500500600600只，處于瀕危狀態(tài)，只在貴州省的只，處于瀕危狀態(tài)，只在貴州省的梵凈山區(qū)生存。滇金絲猴生活在云南西北部、梵凈山區(qū)生存。滇金絲猴生活在云南西北部、西藏東南端及四川西部長江上端金沙江上游的西藏東南端及四川西部長江上端金沙江上游的高山中，數量不到高山中，數量不到20002000只，也處境瀕危。只，也處境瀕危。第第2 2節(jié)節(jié) 種群數量的變化種群數量的變化 v學習重點：學

3、習重點：嘗試建立種群在實驗條件下模嘗試建立種群在實驗條件下模式增長的簡單數學模型，并據此解釋種群式增長的簡單數學模型，并據此解釋種群數量的變化。數量的變化。v學習難點：學習難點：怎樣確定種群的增長模式，構怎樣確定種群的增長模式，構建出數學模型。建出數學模型。在營養(yǎng)和生存在營養(yǎng)和生存空間沒有限制空間沒有限制的情況下，某的情況下，某種細菌每種細菌每20min20min就通過分裂增就通過分裂增殖一次。殖一次。 在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某種細菌每情況下，某種細菌每2020分鐘就通過分鐘就通過分裂繁殖一代。分裂繁殖一代。時間時間（min)20 40 60 80100

4、120 140 160 180分裂次數分裂次數數量（個）數量（個）248163264128 256 5121234567891.1.填寫下表：計算一個細菌在不同時間（單位為填寫下表：計算一個細菌在不同時間（單位為minmin）產生后代的數量。）產生后代的數量。2 2n n代細菌數量的計算公式是：代細菌數量的計算公式是：3 372小時后，由一個細菌分裂產生小時后，由一個細菌分裂產生的細菌數量是多少？的細菌數量是多少？解：解：n 60 min 72 h20 min216Nn2n 2 2164.4.以時間為橫坐標，細菌數量為縱坐標，以時間為橫坐標，細菌數量為縱坐標，畫出細菌的數量增長曲線。畫出細菌的

5、數量增長曲線。20406080100 120140160180時間時間/ /分鐘分鐘細菌數量細菌數量/ /個個用來描述一個系統(tǒng)或它的性質的數學形式用來描述一個系統(tǒng)或它的性質的數學形式數學方程式數學方程式曲線式曲線式為了直觀、簡便地研究種群的數量變動的規(guī)律，為了直觀、簡便地研究種群的數量變動的規(guī)律，數學模型建構數學模型建構是常用的方法之一。是常用的方法之一。數學模型數學模型數學模型建構的一般過程數學模型建構的一般過程 提出問題提出問題 作出假設作出假設 建立模型建立模型 模型的檢驗與評價模型的檢驗與評價細菌每細菌每20min分裂一次分裂一次在資源和空間無限多的環(huán)在資源和空間無限多的環(huán)境中，細菌種

6、群的增長不境中，細菌種群的增長不會受種群密度增加的影響會受種群密度增加的影響 列出表格，根據表格畫曲線，列出表格，根據表格畫曲線，推導公式。推導公式。Nn=2n ， N代表細菌數量，代表細菌數量，n表示第幾代表示第幾代觀察、統(tǒng)計細菌數量，對觀察、統(tǒng)計細菌數量，對自己所建立的模型進行檢自己所建立的模型進行檢驗或修正驗或修正研究實例研究實例研究方法研究方法觀察研究對象，提出問題觀察研究對象，提出問題提出合理的假設提出合理的假設根據實驗數據，用適當的根據實驗數據，用適當的數學形式對事物的性質進數學形式對事物的性質進行表達行表達通過進一步實驗或觀察等，通過進一步實驗或觀察等，對模型進行檢驗或修正對模型

7、進行檢驗或修正一、種群增長的一、種群增長的“J”J”型曲線型曲線在食物和空間條件充在食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有裕、氣候適宜、沒有敵害等理想條件下，敵害等理想條件下，種群的數量變化種群的數量變化在自然界中，種群的數量變化會出現在自然界中，種群的數量變化會出現J J型曲線嗎？型曲線嗎？課本課本P66P66頁，實例頁，實例理想條件下的種群增長模型理想條件下的種群增長模型- -J J型增長的數學模型型增長的數學模型 模型中各參數的意義：模型中各參數的意義：N N0 0為某種動物種群的起為某種動物種群的起始數量，始數量，t t為時間，為時間，N Nt t表示表示t t年后該種群的數量，年后該種群

8、的數量，表示該種群數量是一年前種群數量的倍數。表示該種群數量是一年前種群數量的倍數。模型假設：模型假設：在食物和空間條件充裕、在食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害等理想條件下，氣候適宜、沒有敵害等理想條件下，種群的數量每年以一定的倍數增長，種群的數量每年以一定的倍數增長，第二年的數量是第一年的第二年的數量是第一年的倍。倍。建立模型：建立模型：t t年后種群數量為：年后種群數量為： N Nt t = = N N0 0t t產生條件：產生條件： 理想狀態(tài)理想狀態(tài)食物充足，空間充裕，環(huán)境適宜，沒有食物充足，空間充裕，環(huán)境適宜，沒有敵害等敵害等。增長特點：增長特點： 種群數量每年以一定的倍數增長，

9、第種群數量每年以一定的倍數增長，第二年是第一年的二年是第一年的倍倍量的計算：量的計算：t t年后種群的數量為年后種群的數量為 Nt=N0 t （N N0 0為為起始數量起始數量， t t為為時間時間，N Nt t表示表示t t年后該種群的數量年后該種群的數量，為為該種群數量是一年前種群數量的倍數該種群數量是一年前種群數量的倍數） J J型曲線的兩種情況：型曲線的兩種情況：實驗室條件下；一個種群剛遷入一個新的適宜環(huán)境實驗室條件下；一個種群剛遷入一個新的適宜環(huán)境。J J型增長能否一直持續(xù)下去？型增長能否一直持續(xù)下去？O 時間時間種種群群增增長長速速率率種群種群J J型增長速率型增長速率自然狀態(tài)下，

10、種群增長的趨勢是怎樣的呢？自然狀態(tài)下，種群增長的趨勢是怎樣的呢？高斯對大草履蟲種群研究的實驗高斯對大草履蟲種群研究的實驗高斯把高斯把5 5個大草履蟲置于個大草履蟲置于0.5mL0.5mL的培養(yǎng)液中，每的培養(yǎng)液中，每隔隔2424小時統(tǒng)計一次數據，經過反復實驗，結果小時統(tǒng)計一次數據，經過反復實驗，結果如下：如下：二、種群增長的二、種群增長的“S”S”型曲線型曲線二、種群增長的二、種群增長的“S”S”型曲線型曲線二、種群增長的二、種群增長的“S”S”型曲線型曲線1.1.產生條件：產生條件：自然條件（現實狀況）自然條件（現實狀況）- -食物和空間總是有限食物和空間總是有限的，種內競爭不斷加劇，捕食者數

11、量不斷增的，種內競爭不斷加劇，捕食者數量不斷增加，導致種群的出生率降低，死亡率增高。加，導致種群的出生率降低，死亡率增高。出生率出生率= =死亡率時，種群停止增長趨于穩(wěn)定死亡率時，種群停止增長趨于穩(wěn)定二、種群增長的二、種群增長的“S”S”型曲線型曲線2.2.增長特點：增長特點：種群數量達到環(huán)境所允許的最大值（種群數量達到環(huán)境所允許的最大值（K K值），值），將停止增長并在將停止增長并在K K值左右保持相對穩(wěn)定。值左右保持相對穩(wěn)定。K K值：值：在環(huán)境條件不受破壞的情況下，一定空在環(huán)境條件不受破壞的情況下，一定空間中所能維持的種群最大數量稱為環(huán)境容納間中所能維持的種群最大數量稱為環(huán)境容納量量。

12、想一想想一想同一種群同一種群K K值是固定不變的嗎？種群數量達到值是固定不變的嗎？種群數量達到K K值時，都能維持穩(wěn)定嗎？值時，都能維持穩(wěn)定嗎？不是固定不變，會受到環(huán)境各種因素的影響；不是固定不變，會受到環(huán)境各種因素的影響；種群數量達到種群數量達到K K值時不能在值時不能在K K值維持穩(wěn)定，自然值維持穩(wěn)定，自然種群的數量達到種群的數量達到K K值時，仍有變動，其變動方式值時，仍有變動，其變動方式或有周期性，或不規(guī)則，穩(wěn)定在或有周期性，或不規(guī)則，穩(wěn)定在K K值是不現實的。值是不現實的。時間時間 t02468101214161820酵母數酵母數 N9.629.0 71.1 174.6 350.7

13、513.0 594.8 641.0 655.9 661.8 665.0 增長速度增長速度 v(個個/2小時小時)19.4 42.1 103.5 176.1 162.3 81.8 46.2 14.9 5.9 3.2 350.7665.0176.1020040060080036912151821小時小時酵母數酵母數k/2K=710K=710酵母菌種群數量變化酵母菌種群數量變化A二、種群增長的二、種群增長的“S”S”型曲線型曲線K/2 t0 t1 t2 時間時間種群數量種群數量K t0 t1 t2 時間時間 0 K/2 K 數量數量增增長長速速率率種群增長的種群增長的“S”S”型曲線及相關增長速率圖

14、型曲線及相關增長速率圖分析種群數量分析種群數量“S”S”曲線中各階段的含義曲線中各階段的含義大多數種群的數量總是在波動之中的，在大多數種群的數量總是在波動之中的，在不利條件之下，還會急劇下降，甚至滅亡。不利條件之下，還會急劇下降，甚至滅亡。三、種群數量的波動和下降三、種群數量的波動和下降東亞飛蝗種群數量的波動東亞飛蝗種群數量的波動影響種群數量變化的因素影響種群數量變化的因素直接因素：直接因素：出生率、死亡率、遷入率、遷出率出生率、死亡率、遷入率、遷出率間接因素：間接因素：食物、氣候、傳染病、天敵食物、氣候、傳染病、天敵重要因素：重要因素：人類的活動人類的活動三、種群數量的波動和下降三、種群數量

15、的波動和下降增長、波動、穩(wěn)定、下降等增長、波動、穩(wěn)定、下降等v1.1.野生生物資源合理利用和保護野生生物資源合理利用和保護魚類魚類的捕撈的捕撈v2.2.害蟲的防治害蟲的防治蝗蟲的防治蝗蟲的防治v3 .3 .拯救和恢復瀕危動物種群拯救和恢復瀕危動物種群v4 .4 .為人工養(yǎng)殖及種植業(yè)中合理控制種群數為人工養(yǎng)殖及種植業(yè)中合理控制種群數量、適時捕撈、采伐等提供理論指導。量、適時捕撈、采伐等提供理論指導。四、研究種群數量變化有何意義？四、研究種群數量變化有何意義？蒼鷺的保護蒼鷺的保護野豬的保護野豬的保護救護被困的鯨魚救護被困的鯨魚全力防蝗減災全力防蝗減災項目項目“J”“J”型增長曲線型增長曲線“S”“

16、S”型增長曲線型增長曲線條件條件無限環(huán)境無限環(huán)境( (理想條件理想條件) )有限環(huán)境（自然條件）有限環(huán)境（自然條件）模型假設模型假設食物和空間條件充裕、食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒有敵害等。氣候適宜、沒有敵害等。增長率不隨種群密度的增長率不隨種群密度的變化而變化。變化而變化。食物和空間條件有限、食物和空間條件有限、氣候多變、存在敵害等。氣候多變、存在敵害等。增長率隨種群密度的變增長率隨種群密度的變化而變化。化而變化。建立模型建立模型N Nt t= =N NO Ot tK K為環(huán)境的容納量為環(huán)境的容納量種群增長率種群增長率不變不變先增加后減少先增加后減少探究培養(yǎng)液中酵母菌種群的探究培養(yǎng)液中酵

17、母菌種群的數量變化數量變化v單細胞單細胞真核真核生物生物, ,異養(yǎng)異養(yǎng)生物生物v生長周期生長周期短短，增殖速度，增殖速度快快v還可以用酵母菌作為實驗材料研究還可以用酵母菌作為實驗材料研究 探究酵母菌的呼吸方式探究酵母菌的呼吸方式v血球計數板是一種專門用于計算較大單細胞微血球計數板是一種專門用于計算較大單細胞微生物的一種儀器。生物的一種儀器。v計數時，常采用計數時，常采用樣方法樣方法。實驗實驗 探究培養(yǎng)液中酵母菌數量的變化探究培養(yǎng)液中酵母菌數量的變化一一. .實驗原理實驗原理. .用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)酵母菌用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)酵母菌, ,種群的增長受培養(yǎng)液的成分種群的增長受培養(yǎng)液的成分, ,空間空間,

18、,溫溫度度,PH,PH等等 因素的影響因素的影響. . .在理想的條件下在理想的條件下, ,酵母菌種群的增長呈酵母菌種群的增長呈“J J”型曲線；在各種資源有型曲線；在各種資源有限或者存在環(huán)境阻力的情況下，酵母菌種群增長呈限或者存在環(huán)境阻力的情況下，酵母菌種群增長呈“S S”型曲線。型曲線。二二. .提出問題提出問題培養(yǎng)液中酵母菌的數量是怎樣隨時間變化的培養(yǎng)液中酵母菌的數量是怎樣隨時間變化的? ?三三. .作出假設作出假設在環(huán)境資源有限的條件下在環(huán)境資源有限的條件下, ,酵母菌的數量變化隨時間呈酵母菌的數量變化隨時間呈“S S”型增長曲線型增長曲線 材料用具材料用具酵母菌菌種酵母菌菌種, ,無

19、菌馬鈴薯培養(yǎng)液或者肉湯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液，無菌無菌馬鈴薯培養(yǎng)液或者肉湯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液，無菌水水, ,試管血球計數板，滴管，顯微鏡等試管血球計數板，滴管，顯微鏡等四實驗步驟四實驗步驟 將將10ml10ml馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液加入試管中馬鈴薯培養(yǎng)液或肉湯培養(yǎng)液加入試管中 將酵母菌接種到支試管中將酵母菌接種到支試管中. . 培養(yǎng)培養(yǎng) 將試管放在將試管放在2828的恒溫箱中培養(yǎng)的恒溫箱中培養(yǎng)7 7天。天。 計數計數 每天取樣計數酵母菌的數量，連續(xù)觀察每天取樣計數酵母菌的數量，連續(xù)觀察7 7天并記錄這天并記錄這7 7天的數值。天的數值。抽樣檢驗法抽樣檢驗法：將蓋玻片放在計數室上，用吸管吸取：將蓋

20、玻片放在計數室上，用吸管吸取培養(yǎng)液，滴于蓋玻片邊緣，讓培養(yǎng)液自行滲入到計培養(yǎng)液，滴于蓋玻片邊緣，讓培養(yǎng)液自行滲入到計計數室內，計數室內， 待酵母菌細胞全部沉降到計數室底部，待酵母菌細胞全部沉降到計數室底部，將計數板放在在載物臺中央，計數一個小方格內酵將計數板放在在載物臺中央，計數一個小方格內酵母菌數量，再以此為依據估計培養(yǎng)液中酵母菌總數。母菌數量，再以此為依據估計培養(yǎng)液中酵母菌總數。蓋玻片下培養(yǎng)液的厚度為蓋玻片下培養(yǎng)液的厚度為0.1mm0.1mm，可以計算出整個計，可以計算出整個計數室的體積，從而換算出數室的體積，從而換算出10ml10ml培養(yǎng)液中酵母菌的總培養(yǎng)液中酵母菌的總數。數。第第 1

21、1 天天第第 3 3 天天第第 6 6 天天第第 7 7 天天死亡死亡活菌數活菌數出生率出生率 死亡率死亡率出生率出生率死亡率死亡率出生率出生率 死亡率死亡率如果是如果是1616個中方格的計數板，設個中方格的計數板，設4 4個中方格的總菌數為個中方格的總菌數為A A，則：，則：1mm1mm440000X BX B=50000AB（個（個）下面以一個大方格有下面以一個大方格有2525個中方格的計數板為例進行計算：設五個中方格中總菌數個中方格的計數板為例進行計算：設五個中方格中總菌數為為A A，菌液稀釋倍數為，菌液稀釋倍數為B B，那么，一個大方格中的總菌數，那么，一個大方格中的總菌數1mm1mm

22、試管試管編號編號培養(yǎng)液培養(yǎng)液/mL/mL無菌水無菌水/mL/mL酵母菌母酵母菌母液液/mL/mL溫度溫度（）A A10100.10.12828B B10100.10.15 5C C10100.10.12828 針對針對“培養(yǎng)液中酵母菌種群數量的動態(tài)變培養(yǎng)液中酵母菌種群數量的動態(tài)變化化”，有人提出了新的問題，某同學按下表完，有人提出了新的問題，某同學按下表完成了有關實驗。成了有關實驗。 溫度、營養(yǎng)物質對酵母菌生長的影響溫度、營養(yǎng)物質對酵母菌生長的影響 四實驗步驟四實驗步驟 將試管分為將試管分為A,B,CA,B,C三組三組, ,每組每組7 7支試管支試管 向向A,BA,B兩組每支試管中分別加入兩組

23、每支試管中分別加入10ml10ml馬鈴薯培養(yǎng)液；向馬鈴薯培養(yǎng)液；向C C組每支試組每支試管中加入管中加入10ml10ml無菌水無菌水. . 接種接種 將等量酵母菌接種到每組各支試管中將等量酵母菌接種到每組各支試管中. . 培養(yǎng)培養(yǎng) 將將A,CA,C兩組放在兩組放在2828的恒溫箱中培養(yǎng)的恒溫箱中培養(yǎng)7 7天天, ,將將B B組放在組放在5 5 恒溫恒溫 箱中培養(yǎng)箱中培養(yǎng)7 7天。天。 計數計數 每天取樣計數酵母菌的數量，連續(xù)觀察每天取樣計數酵母菌的數量，連續(xù)觀察7 7天并記錄這天并記錄這7 7天的數值。天的數值。 A A組組: 10ml : 10ml 馬鈴薯培養(yǎng)液馬鈴薯培養(yǎng)液+28+28 B

24、B組組: 10ml : 10ml 馬鈴薯培養(yǎng)液馬鈴薯培養(yǎng)液+5+5 C C組組: 10ml : 10ml 無菌水無菌水 + 28 + 28五五. .分析結果分析結果 得出結論得出結論 將所得的數值記錄在表格中將所得的數值記錄在表格中, ,然后再轉化成曲線圖表示出來然后再轉化成曲線圖表示出來, ,分析實驗結分析實驗結果是否支果是否支 持你的假設持你的假設次數次數12345678時間時間/h/h024487296120 144 168酵母酵母菌數菌數(106ml-1)A0.85.25.64.82.00.80.40.08B0.81.22.02.83.23.63.23.0C0.80.40.100000

25、6ABC/h729612002414416848-1酵母菌數酵母菌數(106mL-1)時間時間/h/h 實驗中需要注意的幾個問題: 從試管中吸取培養(yǎng)液進行計數之前從試管中吸取培養(yǎng)液進行計數之前, ,建議你將試管輕輕震建議你將試管輕輕震蕩幾次蕩幾次, ,這是為什么這是為什么? ?目的是使培養(yǎng)液中的酵母菌分布均勻目的是使培養(yǎng)液中的酵母菌分布均勻, ,保證計數的正確性保證計數的正確性. . 本探究需要設置對照嗎本探究需要設置對照嗎? ?如果需要如果需要, ,請討論對照組應該怎請討論對照組應該怎樣設計和操作樣設計和操作 ? ? 根據實驗目的根據實驗目的, , 本探究實驗不需要設對照實驗本探究實驗不需要

26、設對照實驗, ,也不用重復也不用重復. .如果要探究不如果要探究不 同環(huán)境條件下酵母菌數量的變化同環(huán)境條件下酵母菌數量的變化, ,可以設置對照實驗可以設置對照實驗. .如如: : A A組組: 10ml : 10ml 馬鈴薯培養(yǎng)液馬鈴薯培養(yǎng)液+28+28 B B組組: 10ml : 10ml 馬鈴薯培養(yǎng)液馬鈴薯培養(yǎng)液+5+5 C C組組: 10ml : 10ml 無菌水無菌水+28+28 對于壓在小方格界限上的酵母菌對于壓在小方格界限上的酵母菌, ,應當怎樣計數應當怎樣計數? ?應計數兩個相鄰的邊及其頂角的酵母菌應計數兩個相鄰的邊及其頂角的酵母菌盛年不重來，一日難再晨。及時當勉勵，歲月不待人。

27、 陶淵明B B1.1.在下列圖中，表示種群在無環(huán)境阻力的狀況下增長的在下列圖中，表示種群在無環(huán)境阻力的狀況下增長的是（是（ ）2.2.如圖表示接種到一定容積培養(yǎng)液中的酵母菌生長曲線如圖表示接種到一定容積培養(yǎng)液中的酵母菌生長曲線圖，曲線中哪段表示由于有限空間資源的限制使種內競爭圖，曲線中哪段表示由于有限空間資源的限制使種內競爭增強（增強（ ）A ACDCD段（增長速度慢）段（增長速度慢） B BDEDE段（速度加快）段（速度加快）C CEFEF段（變化速率加快）段（變化速率加快） D DFGFG段（速度逐漸變慢）段（速度逐漸變慢）D D3.3.種群在理想環(huán)境中，呈種群在理想環(huán)境中，呈“J”J”型