高中生物必修二課件：課件1：1.2 種群數(shù)量的變化

1、1.2 種群數(shù)量的變化？問(wèn)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(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)分裂繁殖一次。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(shì)增長(zhǎng)嗎？細(xì)菌繁殖產(chǎn)生的后代數(shù)量設(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N02；第n代的數(shù)量為Nn=N02n。 2216個(gè)。不會(huì)。因?yàn)榕囵B(yǎng)瓶中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和空間是有限的?？茖W(xué)方法建立數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型:建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的步驟：研究實(shí)例研究方法細(xì)菌每20min分裂一次

2、，怎樣計(jì)算細(xì)菌繁殖n代后的數(shù)量？觀察研究對(duì)象，提出問(wèn)題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提出合理的假設(shè)Nn=2n，N代表細(xì)菌數(shù)量，n代表第幾代根據(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)或修正一、建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法12用來(lái)描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。（以“問(wèn)題探討”中的素材為例）任務(wù)一：計(jì)算一個(gè)細(xì)菌產(chǎn)生的后代在不同時(shí)間的數(shù)量時(shí)間/min20406080100120140160180分裂次數(shù)123456789細(xì)菌數(shù)量/個(gè)248163264

3、128256512任務(wù)二：n代細(xì)菌數(shù)量Nn的計(jì)算公式是：Nn=2n任務(wù)三：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(zhǎng)曲線。同數(shù)學(xué)公式相比，曲線圖表示的數(shù)學(xué)模型不夠精確。同數(shù)學(xué)公式相比，曲線圖表示的模型有什么局限性？數(shù)學(xué)模型的種類數(shù)學(xué)方程式：精確，但不夠直觀。曲線圖：直觀，但不夠精確。3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

4、入某地一個(gè)島嶼。1937-1942年，這個(gè)種群增長(zhǎng)如圖所示。思考討論分析自然界種群增長(zhǎng)的實(shí)例1.這兩個(gè)資料中種群增長(zhǎng)有什么共同點(diǎn)?2.種群出現(xiàn)這種增長(zhǎng)的原因是什么？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？種群數(shù)量增長(zhǎng)迅猛，且呈無(wú)限增長(zhǎng)趨勢(shì)。食物充足，缺少天敵等。不能，因?yàn)橘Y源和空間是有限的。思考討論分析自然界種群增長(zhǎng)的實(shí)例模型假設(shè)t年后種群數(shù)量為Nt=N0t（N0為起始數(shù)量，t為時(shí)間，Nt表示t年后該種群的數(shù)量，表示該種群數(shù)量是前一年種群數(shù)量的倍數(shù)）二、種群的“J”形增長(zhǎng)12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

5、第一年的倍建立模型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(zhǎng)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據(jù)圖說(shuō)出種群數(shù)量如何變化3 查一查歷年來(lái)世界和我國(guó)人口增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，分析人口是否呈“J”形增長(zhǎng)？ 近代以來(lái)，世界人口呈現(xiàn)出“J”形增長(zhǎng)；我國(guó)人口在20世紀(jì)大部分時(shí)間呈現(xiàn)出“J”形增長(zhǎng)，在1979年之后則基本穩(wěn)定在較低的增長(zhǎng)率水平上。生態(tài)學(xué)家高斯（G.F.Gause,1910-1986）曾經(jīng)做過(guò)單獨(dú)培養(yǎng)大草履蟲的實(shí)驗(yàn)：在0.

6、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(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，得出了如圖所示的結(jié)果。資源和空間有限，天敵的制約等（即存在環(huán)境阻力）一定環(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。三、種群的“S”形增長(zhǎng)模型假設(shè)12建立模型曲線圖分析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(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。3同一種群的K值是不是固定不變的呢？（1）K值不是一成不變的

7、：K值會(huì)隨著環(huán)境的改變而發(fā)生變化，當(dāng)環(huán)境遭到破壞時(shí)，K值會(huì)下降；當(dāng)環(huán)境條件狀況改善時(shí)，K值會(huì)上升。（2）在環(huán)境條件沒(méi)有遭受破壞的情況下，種群數(shù)量會(huì)在K值附近上下波動(dòng)。當(dāng)種群數(shù)量偏離K值的時(shí)候，會(huì)通過(guò)負(fù)反饋調(diào)節(jié)使種群數(shù)量回到K值。4（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(shuō)內(nèi)容解釋？（3）“S”形曲線中，有一段時(shí)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(zhēng)中被淘汰的個(gè)體數(shù)。不等同，已經(jīng)存在環(huán)境阻力。K值和K/2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

8、本措施。（2）有害生物的防治 從環(huán)境容納量考慮：增大環(huán)境阻力，降低環(huán)境容納量； 從K/2考慮：在種群增長(zhǎng)剛開始（達(dá)到K/2之前）的時(shí)候就進(jìn)行防治。（絕對(duì)不能讓種群數(shù)量增長(zhǎng)到K/2值）5（3）資源的合理利用 捕魚時(shí)，在超過(guò)K/2時(shí)開始捕撈；要使被捕種群的剩余量維持在K/2值附近。目的：以持續(xù)獲得最大的捕撈量。 K/2時(shí)是最佳捕撈時(shí)期！增長(zhǎng)率和增長(zhǎng)速率（1）“J”形曲線（2）“S”形曲線61.有人說(shuō)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，必須采取更加嚴(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

9、么觀點(diǎn)?你有哪些證據(jù)支持你的觀點(diǎn)? 世界范圍內(nèi)存在的資源危機(jī)和能源緊缺等問(wèn)題，說(shuō)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(zhǎng)；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。思考討論環(huán)境容納量與現(xiàn)實(shí)生活2.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)當(dāng)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(lái)源；室內(nèi)采取硬化地面等措施，減少它們挖造巢

10、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。思考討論環(huán)境容納量與現(xiàn)實(shí)生活種群數(shù)量波動(dòng)的影響（1）處于波動(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)、赤潮等就是種群數(shù)量爆發(fā)增長(zhǎng)的結(jié)果。某地區(qū)東亞飛蝗種群數(shù)量的波動(dòng)四、種群數(shù)量的波動(dòng)1（2）當(dāng)種群長(zhǎng)期處于不利條件下，種群數(shù)量會(huì)出現(xiàn)持續(xù)性的或急劇的下降。如遭遇人類亂捕濫殺和棲息地破壞；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(guò)少，種群可能會(huì)由于近親繁殖等原因而衰退、消亡。 對(duì)于那些已經(jīng)低于種群延續(xù)所需要的最小種群數(shù)量的物種，需要采取有效的措施進(jìn)行保護(hù)。研究種群數(shù)量變化的意義（1）為害蟲的預(yù)測(cè)及防治提供科學(xué)依據(jù)。（

11、2）有利于野生生物資源的合理利用及保護(hù)。（3）拯救和恢復(fù)瀕危動(dòng)物種群。（4）為人工養(yǎng)殖及種植業(yè)中合理控制種群數(shù)量、適時(shí)捕撈、采伐等提供理論指導(dǎo)。2實(shí)驗(yàn)?zāi)康模撼醪綄W(xué)會(huì)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。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(zhǎng)受培養(yǎng)液的成分、空間、pH、溫度等因素的影響。提出問(wèn)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？材料用具：酵母菌、無(wú)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。血細(xì)胞計(jì)數(shù)板構(gòu)造計(jì)數(shù)室1mm探究實(shí)踐培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化1234 大方格的長(zhǎng)和寬各為1mm，深度為0.1mm，即1mm1mm0.1mm，其容積為

12、0.1mm3；計(jì)數(shù)室通常有兩種規(guī)格：2516型，即大方格內(nèi)分為25中格，每一中格又分為16小格；1625型，即大方格內(nèi)分為16中格，每一中格又分為25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1625=2516=400個(gè)小方格組成。探究實(shí)踐培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化酵母菌的計(jì)數(shù)先將蓋玻片放在計(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)液自行滲入多余培養(yǎng)液用濾紙吸去，稍待片刻待酵母菌細(xì)胞全部沉降到計(jì)數(shù)室底部計(jì)數(shù)板移至載物臺(tái)的中央計(jì)數(shù)一個(gè)小方格內(nèi)的酵母菌數(shù)量，估算試管中的酵母菌總數(shù)立即將數(shù)據(jù)填到記錄表格中，如記數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞數(shù)較多，不易分辨，吸取的樣液應(yīng)當(dāng)稀釋探究實(shí)踐培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)

13、量的變化5酵母細(xì)胞數(shù)/ml=80小格內(nèi)酵母細(xì)胞個(gè)數(shù)/80400104稀釋倍數(shù)酵母細(xì)胞數(shù)/ml=100小格內(nèi)酵母細(xì)胞個(gè)數(shù)/100400104稀釋倍數(shù)探究實(shí)踐培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化（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？（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？（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)?使培養(yǎng)液中酵母菌分布均勻，以保證估算準(zhǔn)確，減少誤差。可將培養(yǎng)液適當(dāng)稀釋一定倍數(shù)后再計(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。探究實(shí)踐培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化本實(shí)驗(yàn)需要設(shè)置對(duì)照嗎?需要做

14、重復(fù)實(shí)驗(yàn)嗎?為什么？怎樣記錄結(jié)果？記錄表怎樣設(shè)計(jì)？不需要，因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)在時(shí)間上形成自身前后對(duì)照。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(duì)每個(gè)樣品可計(jì)數(shù)三次，再取平均值。次數(shù) 時(shí)間1234567123平均探究實(shí)踐培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化678實(shí)施計(jì)劃 首先通過(guò)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 天死亡死亡細(xì)胞多集結(jié)成團(tuán)，可以借助臺(tái)盼藍(lán)染色（死亡細(xì)胞呈藍(lán)色）。探究實(shí)踐培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化實(shí)驗(yàn)結(jié)論 在適宜條件下 ，酵母菌種群呈“S” 形增長(zhǎng)； 種群的增長(zhǎng)速率是：先增加后減少，在K/2

15、時(shí)增長(zhǎng)速率最大。進(jìn)一步探究：溫度或者營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)酵母菌數(shù)量的影響試管編號(hào)培養(yǎng)液/mL無(wú)菌水/mL酵母菌母液/mL溫度（）A100.128B100.15C100.128探究實(shí)踐培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化9注意事項(xiàng)（1）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）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(cè)數(shù)值可能偏小，因?yàn)榻湍妇鷷?huì)沉降在瓶底。（3）若保持培養(yǎng)條件，酵母菌種群數(shù)量不會(huì)一直保持穩(wěn)定，將會(huì)下降，因?yàn)闋I(yíng)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

16、硬物洗刷或抹擦，以免損壞網(wǎng)格刻度。探究實(shí)踐培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化101.圖為種群數(shù)量增長(zhǎng)曲線，有關(guān)敘述不正確的是（ ） A.J形和S形曲線均是數(shù)學(xué)模型的一種表現(xiàn)形式 B.J形所示增長(zhǎng)僅決定于種群的內(nèi)在因素 C.bc段種群增長(zhǎng)速率逐漸下降，出生率小于死亡率 D.改善空間和資源條件有望使K值提高C課堂練習(xí)2.對(duì)一個(gè)生物種群來(lái)說(shuō)，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(duì)甲乙兩地的蝮蛇種群來(lái)說(shuō)，環(huán)境容納量是相同的 B.對(duì)生活在凍原的旅鼠來(lái)說(shuō)，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(duì)生活在同一個(gè)湖泊的鰱魚和鯉魚來(lái)說(shuō)，環(huán)境容納量是相同的B3.如圖表示某物種遷入新環(huán)境后，種群增長(zhǎng)速率隨時(shí)間的變化關(guān)系。在第10年時(shí)經(jīng)調(diào)查該種群數(shù)量為200只，估算該種群在此環(huán)境中的環(huán)境容納量約為() A100只 B200只 C300只 D400只D4.下列關(guān)于利用血細(xì)胞計(jì)數(shù)板探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量變化實(shí)驗(yàn)的敘述，正確的是（ ） A.使用血細(xì)胞計(jì)數(shù)板時(shí)，應(yīng)先滴加待測(cè)樣液再蓋上蓋玻片 B.培養(yǎng)過(guò)程中，酵母菌種群的增長(zhǎng)速率隨種群密度的增長(zhǎng)而升高 C.培養(yǎng)過(guò)程中，不同時(shí)期的酵母菌數(shù)量一定不同 D.培養(yǎng)過(guò)程中，pH逐漸降低D1.在食物充足、空間廣闊、氣候適宜、沒(méi)有天敵等優(yōu)越條件下，種群可能會(huì)呈“J”形增長(zhǎng)。例如，澳大利亞