種群數(shù)量的變化【知識建構+高效助教】 高二生物 課件（人教版2019選擇性必修2）

第2節(jié)種群數(shù)量的變化新人教版（2019）選擇性必修二《生物與環(huán)境》目標010203學習目標通過分析與比較，明確種群的“J”形增長和“S”形增長的條件和特點;通過探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化等活動，嘗試建構種群數(shù)量增長的數(shù)學模型。(科學思維、科學探究)通過分析影響種群數(shù)量變化的因素，形成穩(wěn)態(tài)與平衡觀。(生命觀念)運用種群數(shù)量變化規(guī)律解決生產生活中的實際問題，關注人類活動對動植物種群數(shù)量變化的影響。(社會責任)情境導入討論:1.細菌的分裂方式是什么？2.第n代細菌數(shù)量的計算公式是什么？3.72h后，由一個細菌分裂產生的細菌數(shù)量是多少？

我們的手上難免沾染細菌。細菌的繁殖速率很快，因而我們要常洗手。假設在營養(yǎng)和生存空間沒有限制的情況下，某種細菌每20min就通過分裂繁殖一次。細菌繁殖產生的后代數(shù)量Nn=N0×2nNn=2216不會。因為培養(yǎng)瓶中的營養(yǎng)物質和空間是有限的。用實驗驗證。4.在一個培養(yǎng)瓶中，細菌的數(shù)量會一直按照這個公式描述的趨勢增長嗎?如何驗證你的觀點？二分裂一.建構種群增長模型的方法物理模型：以實物或圖畫形式直觀地表達認識對象的特征。概念模型：用線條和文字直觀而形象地表示出某些概念之間的關系。數(shù)學模型：以數(shù)學關系或坐標曲線圖表示生物學規(guī)律。問題1：回憶一下前面所學模型的類型？描述、解釋和預測種群數(shù)量的變化，常常需要建立數(shù)學模型細菌每20min分裂一次，怎樣計算細菌繁殖n代后的數(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，細菌種群的增長不會受種群密度增加的影響提出合理的假設Nn=2n，N代表細菌數(shù)量，n代表第幾代根據實驗數(shù)據，用適當?shù)臄?shù)學形式對事物的性質進行表達，即建立數(shù)學模型觀察、統(tǒng)計細菌數(shù)量，對自己所建立的模型進行檢驗或修正通過進一步實驗或觀察等，對模型進行檢驗或修正一.建構種群增長模型的方法數(shù)學模型1.概念:用來描述一個系統(tǒng)或它的性質的數(shù)學形式。2.步驟:研究實例研究方法一.建構種群增長模型的方法時間（min)20406080100120140160180分裂次數(shù)123456789數(shù)量（個）248163264128216512指數(shù)形式212223242526272829n代細菌數(shù)量Nn的計算公式是：Nn=2n以時間為橫坐標，細菌數(shù)量為縱坐標，畫出細菌種群的增長曲線：精確，但不夠直觀曲線圖：直觀，但不夠精確數(shù)學方程式：一.建構種群增長模型的方法思考·討論

資料1：1859年，一位來澳大利亞定居的英國人在他的農場中放生了24只野兔，一個世紀后，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，還啃噬樹皮，造成植被破壞，導致水土流失。直到人們引入了黏液瘤病毒才使野兔的數(shù)量得到控制。一.建構種群增長模型的方法思考·討論

資料2：20世紀30年代時，人們將環(huán)頸雉引入到美國的一個島嶼上，在最初的5年內，1937—1942年期間該種群數(shù)量的增長如圖所示。1.這兩個資料中種群增長有什么共同點?2.種群出現(xiàn)這種增長的原因是什么？3.這種種群增長的趨勢能不能一直持續(xù)下去？為什么？種群數(shù)量增長迅猛,且呈無限增長趨勢。食物充足，缺少天敵等不能，因資源和空間是有限的討論:二.種群的“J”形增長2.模型假設:1.概念:自然界確有類似的細菌在

條件下種群數(shù)量增長的形式，如果以

為橫坐標，

為縱坐標畫出曲線來表示，曲線大致呈“

”型。理想時間種群數(shù)量J①食物和空間條件充裕②氣候適宜③沒有天敵④沒有其他競爭物種等理想條件種群數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長，第二年是第一年的λ倍。若起始數(shù)量為N0，則：二.種群的“J”形增長3.建立模型

t年后種群的數(shù)量為

Nt=N0×λtN0為該種群的起始數(shù)量，t為時間，Nt表示t年后該種群的數(shù)量，λ表示該種群數(shù)量是前一年種群數(shù)量的的倍數(shù)4.特點：種群的數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長思考：種群數(shù)量變化符合數(shù)學公式Nt=N0×λt

時，種群增長曲線一定是“J”形嗎？二.種群的“J”形增長5.λ與J形種群增長的數(shù)量關系：λ=Nt+1Nt①當λ=1時，種群數(shù)量

；②當λ＞1時，種群數(shù)量

；③當0＜λ＜1時，種群數(shù)量

；④當λ＞1時，種群一定呈“J”形增長嗎？不變(相對穩(wěn)定)增長下降不一定；

只有λ＞1且為定值時，種群增長才為“J”形增長；二.種群的“J”形增長1-4年，種群數(shù)量呈_____形增長；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?！癑”增長相對穩(wěn)定下降下降11-12年下降，12-13年增長512【實戰(zhàn)演練1】據圖說出種群數(shù)量如何變化二.種群的“J”形增長增長率=

增長個體數(shù)原有個體數(shù)增長速率=增長個體數(shù)增長個數(shù)所用的時間6.“J”形增長的增長率和增長速率時間λ-1=λ-1二.種群的“J”形增長7.適應對象:(1)實驗室條件下；(2)一個種群剛遷入到一個新的適宜環(huán)境時(外來入侵物種)。福壽螺(原產中美洲的熱帶和亞熱帶地區(qū))紫莖澤蘭(原產美洲的墨西哥)水葫蘆(原產于南美)二.種群的“J”形增長旁欄思考：查一查歷年來世界和我國人口增長的數(shù)據，分析人口是否呈“J”形增長？2000年之前我國人口變化

近代以來，世界人口呈現(xiàn)出“J”形增長；我國人口在20世紀大部分時間呈現(xiàn)出“J”形增長，在1979年之后則基本穩(wěn)定在較低的增長率水平上。思考：如果遇到資源、空間等方面的限制，種群還會呈“J”形增長嗎？不會二.種群的“S”形增長1.實例證明：生態(tài)學家高斯的實驗大草履蟲種群的增長曲線時間/d種群數(shù)量/個K=375在0.5mL培養(yǎng)液中放入5個大草履蟲，每隔24h統(tǒng)計一次大草履蟲的數(shù)量。經反復實驗，結果如下圖所示。大草履蟲的數(shù)量在第二天和第三天增長較快；第五天以后基本維持在375個左右。隨著大草履蟲數(shù)量的增多，對食物和空間的競爭趨于激烈，導致出生率下降，死亡率升高。二.種群的“S”形增長2.“S”形增長的概念：種群經過一定時間的

后，數(shù)量趨于

，增長曲線呈“

”形。S穩(wěn)定增長3.模型假設:(1)條件：①資源和空間有限②種內競爭加劇③存在天敵④其他競爭的物種。出生率下降，死亡率升高二.種群的“S”形增長種群數(shù)量為K/2，種群增長速率達到最大資源和空間豐富，出生率升高，種群數(shù)量增長迅速種群基數(shù)小，需要適應新環(huán)境，增長較緩慢資源和空間有限，種群密度增大，種內競爭加劇，出生率降低，死亡率升高，種群增長減緩出生率約等于死亡率，種群增長速率幾乎為0，種群數(shù)量達到K值，且維持相對穩(wěn)定(2)特點：二.種群的“S”形增長4.環(huán)境容納量：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。在環(huán)境條件沒有遭受破壞的情況下，種群數(shù)量會在

附近上下波動。當種群數(shù)量偏離K值的時候，會通過

調節(jié)使種群數(shù)量回到K值。思考1：同一種群的K值是不是固定不變的呢？同一種生物的K值不是固定不變的，K值會隨著環(huán)境的改變而發(fā)生變化,當環(huán)境遭受破壞時，K值變化是____；當環(huán)境條件狀況改善時，K值會____。下降上升負反饋K值二.種群的“S”形增長K值是環(huán)境容納量,即在保證環(huán)境不被破壞的前提下所能容納的最大值;種群所達到的最大值會超過K值,但這個值存在的時間很短,因為環(huán)境已遭到破壞。思考2：K值

（是/不是）種群數(shù)量的最大值？不是請據圖分析：該種群的K值為

。K2二.種群的“S”形增長①K值大小取決于環(huán)境條件：當環(huán)境遭到破壞時，K值會下降；當環(huán)境狀況改善時，K值會上升。②K值≠種群數(shù)量的最大值：種群所達到的最大值會超過K值，但這個值存在的時間很短，因為環(huán)境條件已遭到破壞。③在環(huán)境不遭受破壞的情況下，種群數(shù)量在K值附近上下波動。注意：二.種群的“S”形增長5.增長特點：種群增長速率的變化種群數(shù)量=N0，?K/2，=K/2，?K/2，=K，增長速率為0增長速率為0增長速率逐漸減小增長速率最大增長速率逐漸增大二.種群的“S”形增長t0t1t2

時間增長速率K/2K6.“S”形增長的增長率和增長速率增長率=增長個體數(shù)原有個體數(shù)增長速率=增長個體數(shù)增長個數(shù)所用的時間二.種群的“S”形增長7.“J”形曲線與“S”形增長曲線的聯(lián)系：(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說內容解釋？(3)“S”形曲線中，有一段時期近似于“J”形曲線，這一段是否等同于“J”形曲線？為什么？環(huán)境阻力。生存斗爭中被淘汰的個體數(shù)。不等同，已經存在環(huán)境阻力。二.種群的“S”形增長8.K值和K/2的應用：(1)對野生生物資源和瀕危物種的保護:①野生大熊貓種群數(shù)量銳減的關鍵原因是什么？最根本原因是野生大熊貓的棲息地遭到破壞，由于食物的減少和活動范圍的縮小，K值就會變小。②保護大熊貓的根本措施是什么？建立自然保護區(qū)，給大熊貓更寬廣的生活空間，改善它們的棲息環(huán)境，從而提高環(huán)境容納量。K值J型環(huán)境阻力時間種群數(shù)量減小環(huán)境阻力，提高K值二.種群的“S”形增長①從環(huán)境容納量考慮：

環(huán)境阻力，

環(huán)境容納量；②從K/2考慮：控制有害生物害蟲數(shù)量務必要及時，一般在

時就進行防治。嚴防種群數(shù)量達到

。K/2前K/2增大降低8.K值和K/2的應用：(2)對有害生物防治:二.種群的“S”形增長①持續(xù)獲得最大捕魚量：應在

時開始捕撈，捕撈后種群的剩余量維持在

左右。此時種群具有最大增長速率，可以在最短時間恢復種群數(shù)量，有利于人類持續(xù)獲得較大收獲量。大于K/2K/2②獲得最大日捕獲量:應在

時捕撈，此時種群密度最大。K值8.K值和K/2的應用：(3)對野生資源的開發(fā)和利用:1.有人說目前全世界人口數(shù)量已經達到地球的環(huán)境容納量，必須采取更加嚴格的措施控制人口出生率；有人卻認為科技進步能提高地球對人類的環(huán)境容納量，例如，育種和種植技術的進步，能提高作物產量，從而養(yǎng)活更多人口。對此你持什么觀點?你有哪些證據支持你的觀點?世界范圍內存在的資源危機和能源緊缺等問題，說明地球上的人口可能已經接近或達到環(huán)境容納量，因此應當控制人口增長；隨著科技進步，農作物產量不斷提高，人類開發(fā)、利用和保護資源的能力不斷加強，因而可以養(yǎng)活更多的人口。開放性題目二.種群的“S”形增長思考·討論二.種群的“S”形增長2.鼠害導致作物減產，蚊、蠅會傳播疾病。從環(huán)境容納量的角度思考，對家鼠等有害動物的控制，應當采取什么措施?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物種群的環(huán)境容納量：①將糧食和其他食物儲藏在安全處，斷絕或減少它們的食物來源；②室內采取硬化地面等措施，減少它們挖造巢穴的場所；③養(yǎng)殖或釋放它們的天敵；④搞好環(huán)境衛(wèi)生。思考·討論三.種群數(shù)量的波動(1)處于波動狀態(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、鼠災、赤潮等就是種群數(shù)量爆發(fā)增長的結果。1.在自然界，有的種群能夠在一段時期內維持數(shù)量的相對穩(wěn)定。2.對于大多數(shù)生物種群來說，種群數(shù)量總是在波動中。(2)當種群長期處于不利條件下，種群數(shù)量會出現(xiàn)持續(xù)性的或急劇的下降。(3)當一個種群的數(shù)量過少，種群可能會由于近親繁殖等原因而衰退、消亡。捕鯨現(xiàn)場北極熊棲息地遭到破壞三.種群數(shù)量的波動影響因素:自然因素和人為因素（人類活動）四.培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化1.實驗目的：探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化并總結影響種群數(shù)量變化的因素。2.實驗原理：酵母菌是單細胞

生物，生長周期短，增殖速度快，可以用

培養(yǎng)基來培養(yǎng)。3.提出問題：4.作出假設：真核液體培養(yǎng)液中的酵母菌數(shù)量一開始呈“J”形增長；隨著時間的推移，

酵母菌數(shù)量呈“

”形增長。S培養(yǎng)液中酵母菌種群的數(shù)量是怎樣隨時間變化的？四.培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化5.實驗設計(1)變量分析：自變量：時間因變量：酵母菌數(shù)量無關變量：培養(yǎng)液的體積等(2)怎樣對酵母菌進行計數(shù)？①方法：抽樣檢測法②用具：試管、滴管、血細胞計數(shù)板、顯微鏡等四.培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化6.實驗步驟四.培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化1mm計數(shù)室的體積=1mm×1mm×0.1mm=0.1mm3方格網有九個大方格，其中只有中間的一大方格為計數(shù)室，供微生物計數(shù)用計數(shù)室血細胞計數(shù)板四.培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化血細胞計數(shù)板的規(guī)格規(guī)格：25×16統(tǒng)計5個中方格，共16×5=80個小方格規(guī)格：16×25統(tǒng)計4個中方格，共25×4=100個小方格1mL培養(yǎng)液中細胞個數(shù)：=小方格中細胞數(shù)量的平均值×400×104×稀釋倍數(shù)每個計數(shù)室共400個小格，總容積為0.1mm3。四.培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化

【實戰(zhàn)演練2】某小組進行“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”實驗，利用血細胞計數(shù)板(25×16型)對酵母菌進行計數(shù)。取1mL培養(yǎng)液加9mL無菌水，若觀察到所選5個中方格內共有酵母菌80個，則培養(yǎng)液中酵母菌的種群密度為

。4×107(個/mL)四.培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化【實戰(zhàn)演練3】某小組進行“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化”實驗，利用血細胞計數(shù)板(16×25型)對酵母菌進行計數(shù)。取1mL培養(yǎng)液加99mL無菌水，若觀察到所選4個中方格內共有酵母菌400個，則培養(yǎng)液中酵母菌的種群密度為

。1.6×109(個)四.培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化先蓋蓋玻片，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。（1）蓋蓋玻片和滴加培養(yǎng)液，哪個步驟在前？為什么？①蓋玻片可能由于已加入液滴的表面張力而不能嚴密地蓋到計數(shù)板表面，使計數(shù)室內液體增多，導致結果偏高。②直接滴加培養(yǎng)液時，在計數(shù)室內會產生氣泡，導致計數(shù)室相對體積減小而造成誤差。7.實驗注意事項：(2)從試管中吸出培養(yǎng)液進行計數(shù)前，需將試管輕輕振蕩幾次，目的是？使培養(yǎng)液中的酵母菌分布均勻，減小誤差。如果未振蕩試管就吸出培養(yǎng)液，可能出現(xiàn)兩種情況:一是從試管下部吸取的培養(yǎng)液濃度偏大;

二是從試管上部吸濃度偏小。四.培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化(3)為什么要待酵母細胞全部沉到底部后再計數(shù)？如果酵母菌未能全部沉降到計數(shù)室底部，通過顯微鏡觀察時就可能出現(xiàn)以下現(xiàn)象：要么能看清酵母菌但看不清方格線，要么能看清方格線但看不清酵母菌。7.實驗注意事項：(5)對于壓在小方格界線上的酵母菌，應當怎樣計數(shù)?可將培養(yǎng)液適當稀釋一定倍數(shù)后再計數(shù)。只計相鄰兩邊及其夾角上的酵母菌,一般遵循“計上不計下,計左不計右”的原則。(4)如果一個小方格內酵母菌數(shù)量過多，難以數(shù)清，應當采取什么措施？四.培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化(6)本實驗需要設置對照嗎?如果需要，請討論對照組應怎樣設計和操作；如果不需要，請說明理由。不需要,

因為本實驗在時間上形成自身前后對照(7)需要做重復實驗嗎?(8)怎么分辨死亡細胞和有活性的細胞？可以借助臺盼藍染色（死亡細胞呈藍色）

需要

目的是減小誤差，提高實驗的準確性，需對每個樣品多次計數(shù)，取其平均值。如果沒有染色，計數(shù)出來的數(shù)據會比真實值偏大。注意：取樣時間需一致，且應做到隨機取樣。7.實驗注意事項：四.培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化培養(yǎng)液中酵母菌種群的數(shù)量前期呈“S”型增長，后期數(shù)量下降。(1)開始培養(yǎng)時，營養(yǎng)、空間相對充足，條件適宜，酵母菌大量繁殖種群數(shù)量呈“S”形增長；(2)隨酵母菌數(shù)量不斷增加，營養(yǎng)不斷消耗，代謝產物積累、pH變化，空間不足等種群數(shù)量下降。8.分析結果，得出結論:影響酵母菌種群數(shù)量增長的因素:受培養(yǎng)液的成分、空間、pH、溫度、代謝產物等因素的影響。課堂小結種群數(shù)量的變化種群增長模型建構種群增長模型的方法種群的“S”形增長種群的“J”形增長自然種群的數(shù)量變動特點：種群數(shù)量每年以一定倍數(shù)增長一段時間內相對穩(wěn)定(接近K值）條件：食物和空間有限特點：種群增長速率先增大后減小，最后為0K值：一定環(huán)境條件下所能維持的種群最大數(shù)量探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量變化（驗證種群數(shù)量增長模型）持續(xù)性的或急劇的下降，甚至衰退